FI88499C - Foerfarande foer framstaellning av en formkropp - Google Patents

Description

1 '34>9

Menetelmä muotokappaleen valmistamiseksi - Förfarande för framställning av en formkropp * Tämä keksintö koskee menetelmää muotokappaleen valmistami seksi ja tällä menetelmällä valmistettua muotokappaletta.

Yleisiä periaatteita

Homogeenisesti järjestettyjä erittäin hienojakoisia partikkeleita sisältäviä tiiviitä järjestelmiä, joita seuraavassa selostuksessa sekä vaatimuksissa lyhyesti kutsutaan nimellä DSP, on yksityiskohtaisesti selostettu sekä määritelty ensimmäisen kerran kansainvälisessä patenttihakemuksessa PCT/DK79/00047. Esillä oleva keksintö koskee tärkeitä DSP-järjestelmien edelleenkehityksiä, mm. uudentyyppisiä DSP-järjestelmiä ja aikaisemmin selostettuihin DSP-järjestelmiin kuuluvia materiaaleja, uutta tekniikkaa DSP-järjestelmien aikaansaamiseksi sekä uusia DSP-järjestelmien käyttömuotoja.

DSP-järjestelmät saavat aikaan tähän asti saavuttamattomia mekaanisia ominaisuuksia, mm. lujuus, tiivistys ja kestävyys näihin järjestelmiin perustuvissa materiaaleissa ja kappaleissa sekä mahdollistavat tällaisten kappaleiden ja materiaalien valmistamisen edullisilla, tähän asti tuntemattomilla menetelmillä, jotka laajentavat mahdollisuuksia aikaansaada kehittyneitä mikrorakenteita rakennemateriaalei-hin, joilla on lukuisia erilaisia käyttömahdollisuuksia.

Lyhyesti sanottuna käsittävät DSP-järjestelmien perustavat . . periaatteet erittäin hienojakoisten osasten tai partikkelien, joiden koko on alueella noin 50 Ä - 0,5 μπι, järjestämisen homogeenisesti olennaisesti tiiviisti pakattujen osasten : eli partikkelien välitiloihin, joiden partikkelien koko on noin 0,5 μπι - noin 100 μπι, ja jotka ovat kooltaan vähintään yhtä kertaluokkaa (101) suurempia kuin kyseiset erittäin hienojakoiset partikkelit. Eräät tärkeät DSP-järjestelmien ominaisuudet sisältyvät seuraaviin viiteen kohtaan: 2 ·:* 3 4 S 9 1. DSP-järjestelmät soveltavat tunnettuja geometrisia ja kinemaattisia periaatteita kappaleiden, erityisesti partikkelien, keskinäisten järjestelyjen suhteen, halutussa muodostelmassa - erityisesti erittäin tiiviisti järjestettyinä - sellaisten hienojakoisten partikkelien tai kappaleiden järjestelmissä, jotka ovat 1-2 kertaluokkaa hienompia kuin niissä järjestelmissä, joissa on aikaisemmin ollut mahdollista hyödyntää tätä tunnettua partikkeligeometriaa. DSP-järjestelmillä voitetaan ne ongelmat, jotka liittyvät vierekkäisten kappaleitten lukitseviin pintavoimiin, jotka ovat tähän asti estäneet kolloidaalista kokoa olevien kappaleiden tai partikkelien järjestämisen haluttuun tiiviiseen muodostelmaan.

2. Huolimatta DSP-järjestelmien hienojakoisista kappaleista tai partikkeleista voidaan DSP-materiaali muodostaa olennaisesti pienijännitteisellä alueella. Tämä on mahdollista käyttämällä kehitettyjä dispergointiaineita (esimerkiksi sementti -järjestelmässä suurilla betonin tehonotkistimien määrillä (1-4 paino-%), jotka ovat peräti yhtä kertaluokkaa suurempia kuin mitä on käytetty tunnetussa tekniikassa).

3. DSP-materiaaleissa on lujuutta sekä kestävyyttä olennaisesti parannettu. Tämän lisäksi on lujituskappaleiden, esimerkiksi sisällytettyjen hienojen kuitujen, mekaanista kiinnitystä vielä lisätty enemmän kuin lujuutta, tämän lisäyksen ollessa yhtä tai useampia kertaluokkia. Tämä johtuu siitä, että lujituselementtien karkeutta ja aaltomuodon suuruutta, joka on välttämätön lujituselementtien mekaaniseksi kiinnittämiseksi matriisiin, on saatu pienennetyksi 1-23 kertaluokkaa. Tämä avaa mahdollisuuden sellaisten kuitujen mekaaniseksi kiinnittämiseksi, jotka ovat tähän asti kiinnittämistä mahdollistaneita kuituja 1-2 kertaluokkaa pienempiä .

4. Keksinnön mukaisesti DSP-materiaalien laatua (primäärinen lujuus ja jäykkyys) voidaan edelleen parantaa lisäämällä erittäin lujia muita partikkeleita (esimerkiksi tulenkestä- 3 13459 vää bauksiittia olevaa hiekkaa tai kiveä lisättäväksi Portland- sementtiin perustuviin DSP-materiaaleihin).

5. Tyypillisiä DSP-materiaaleja ovat materiaalit, jotka voidaan muotoilla plastisena sekä matalaviskoosisena massana yksinkertaisella leikkausdeformaatiolla ilman, että tapahtuu materiaalinsiirtoa ympäristön kanssa, mikä merkitsee sitä, ettei mitään nestettä poisteta eikä puristeta ulos massasta tämän tiiviin rakenteen aikaansaamiskesi. Tämä tekee mahdolliseksi valmistaa tuotteita, joilla on korkea laatu sekä paljon monimutkaisempi muoto ja suurempi koko kuin tähän asti - sekä tekee myös mahdolliseksi komponenttien, erikoisesti kaikenlaisten lujituselementtien kiinnittämisen, joita ei voida tyydyttävällä tavalla (tai lainkaan) käyttää vastaavissa korkealaatuisissa sovinnaisella tavalla valmistetuissa matriiseissa. Tämä DSP-materiaalien ominaisuus avaa myös mahdollisuuden tunnettujen esineiden uusille ja entistä edullisemmille valmistusmenetelmille.

Tässä yhteydessä ilmaisevat termit "kappaleet" ja "partikkelit" kohteita, joilla on fysikaaliset rajat, kun taas ilmaisu "fysikaalinen" viittaa erityisiin ominaisuuksiin, esimerkiksi mekaanisiin, sähköisiin, optisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin.

DSP-matriisin rakenne DSP-matriisin sisältäviä muotokappaleita voidaan yleisesti määritellä muotokappaleina, jotka sisältävät yhtenäisen matriisin, jossa matriisi muodostuu A) homogeenisesti järjestetyistä kappaleista tai partikke-. . leista, joiden koko on noin 50 Ä - 0,5 μια, tai yhtenäisestä rakenteesta, joka on muodostettu tällä tavalla homogeenisesti järjestetyistä kappaleista tai partikkeleista, ja B) tiiviisti asetetuista kappaleista tai partikkeleista, joiden koko on noin 0,5 - 100 μπι ja jotka ovat ainakin yhtä ' . kertaluokkaa suurempia kuin kohdassa A) mainitut partikkelit, tai tällaisista tiiviisti asetetuista partikkeleista koostuvasta yhtenäisestä rakenteesta, 4 3 4 > 9 jolloin partikkelit A tai niistä muodostettu yhtenäinen rakenne on homogeenisesti jaettu partikkelien B välitiloihin, ja jolloin tämä tiivis pakkaus vastaa olennaisesti sellaista pakkausta, joka saadaan aikaan vaikuttamalla mekaanisesti i varovasti geometrisesti yhdenmukaisten suurikokoisten kappaleiden tai partikkelien järjestelmään, jossa kiinnittävien pintavoimien vaikutus on olennaisesti mitätön, ja kappaleiden tai partikkelien A ja B välissä tai näistä kappaleista tai partikkeleista A ja B muodostettujen rakenteiden välissä olevasta välipartikkelisubstanssista.

Kappaleet tai partikkelit A ja B ovat tyypillisesti kiinteitä kappaleita tai partikkeleita, mutta ne voivat myöskin olla kaasufaasissa tai nestefaasissa olevia kappaleita tai partikkeleita. Selmalla tavalla voi välipartikkelisubstanssi olla kiinteä, tai se voi olla kaasufaasissa tai nestefaasissa oleva substanssi, edellyttäen että kun välipartikkelisubstanssi muodostetussa DSP-kappaleessa ei ole kiinteä, aikaansaadaan tarpeellinen "tartunta" kappaleen ylläpitämiseksi partikkeli-partikkelisidoksen avulla.

Edellä määriteltyjen DSP-kappaleiden matriisin olennaisesti yhtenäinen rakenne johtuu siis siitä, että homogeenisesti järjestetyt tai tiiviisti pakatut kappaleet tai partikkelit A on yhdistetty toisiinsa yhtenäisen rakenteen aikaansaamiseksi, tai edellä mainitut kiinteät partikkelit B on yhdistetty toisiinsa olennaisesti yhtenäisen rakenteen aikaansaamiseksi, tai että sekä erittäin hienot partikkelit A ja partikkelit B ovat muotokappaleessa yhdistetyt toisiinsa yhtenäisen rakenteen aikaansaamiseksi, ja/tai että partikkelit A ja partikkelit B ovat yhdistetyt yhtenäiseksi rakenteeksi. Järjestelmissä, jotka käsittävät sementtipartikkeleita partikkeleina B ja silikapölypartikkeleita (kuten määritelty alempana) partikkeleina A, johtuu yhtenäisen rakenteen muodostuminen kiin- 5 ί: 3 4S 9 teiden partikkelien osittaisesta liukenemisesta vesisuspensioon, josta kappaleet on muodostettu, liuoksessa tapahtuvasta kemiallisesta reaktiosta sekä reaktiotuotteen saostumi-sesta, jolloin silikapöly on tässä suhteessa vähemmän reaktiivinen kuin sementti. Tässä yhteydessä on huomattava, että riippuen partikkelien A ja B luonteesta myöskin muut mekanismit, jotka aiheuttavat kiinnittämisen, voivat aikaansaada matriisin yhtenäisen rakenteen, kuten esimerkiksi sulattaminen, sintraus jne. Edellä mainittu kemiallinen reaktio voi tapahtua partikkelien A tai näiden liuenneiden kappaleiden tai partikkelien B tai näiden liuenneiden kappaleiden välillä, tai partikkelien A ja B tai partikkeleista A ja partikkeleista B muodostettujen kappaleiden välillä.

Olennaisesti yhtenäinen rakenne voidaan myöskin aikaansaada saattamalla kiinteään olomuotoon muu partikkelien välisubstans-si, esimerkiksi kiinteyttämällä fysikaalisesti sula tai neste, mm. metalli- tai lasisula, ja kiinteyttämällä kemiallisesti, kuten polymerisaatiolla, esimerkiksi muoviaineen muodostamiseksi.

Muotokappaleita, jotka sisältävät matriisin, jolla on olennaisesti yhtenäinen rakenne, sisältäen homogeenisesti järjestettyjä tai tiiviisti pakattuja partikkeleita A yhdessä tiiviisti pakattujen Portland-sementtipartikkelien kanssa, voitiin tunnetussa tekniikassa valmistaa vain puristamalla korkean jännitysvaikutuksen alueella, tyypillisesti korkeapaine-jauhepuristuksella. Näin ollen muotoiltujen DSP-kappaleiden erittäin mielenkiintoinen ryhmä käsittää muotokappaleita, jotka on valmistettu muotoilemalla alhaisen jännitysvaikutuksen 2 alueella, pienempi kuin 5 kg/cm , edullisesti pienempi kuin 2 100 g/cm , ja joilla on olennaisesti yhtenäisen rakenteen käsittävä matriisi, joka sisältää homogeenisesti järjestettyjä tai tiiviisti pakattuja partikkeleita A, tai yhtenäinen rakenne, joka on muodostettu tällaisista homogeenisesti järjestetyistä tai tiiviisti pakatuista partikkeleista A, ja 6 ί-j 3 4 > 9 tiiviisti pakatuista partikkeleista B, jossa ainakin 20 paino-% tiiviisti pakatuista partikkeleista B käsittää Portland-sementtipartikkeleita, tai yhtenäinen rakenne, joka on muodostettu tällaisista tiiviisti pakatuista partikkeleista B. Toinen tapa, jolla voidaan määritellä sitä muotoiltujen DSP-kappaleiden ryhmää, joissa on homogeenisesti järjestettyjä partikkeleita A tiiviisti pakattujen partikkelien B lomassa, joista ainakin 20 paino-% on Portland-sementtipartikkeleita, on viitata kappaleen mittoihin. Sellaisten kappaleiden, joissa on vastaava tiivis sovitus partikkelien B välillä sekä ainakin yksi mitta käsittäen vähintään 1 metriä ja vähintään 2 0,1 m poikkileikkaus, ei oleteta ennen DSP-järjestelmien keksimistä tulleen valmistetuksi käytännössä korkeapaine-jauhepuristustekniikalla. Toinen tapa, jolla voidaan kuvata tämän tyyppisiä DSP-kappaleita, on määritelmällä, että kappaleella on kompleksinen muoto, joka ei tee mahdolliseksi sen valmistamista jauhepuristuksella. Kun partikkeleilla b on partikkeleista A poikkeava molekyylirakenne, mikä usein on käytännössä asianlaita, niin sellaisia rakenteita, joissa on ainakin 20 paino-% partikkeleista B on Portland-sementtiä ja jotka muuten sopivat edellä mainittuun määritelmään, ei ole voitu valmistaa käyttämällä sovinnaista tekniikkaa riippumatta niiden koosta tai muodosta. Joskin jauhepuristustekniikalla on ollut mahdollista aikaansaada näiden kahden systeemin yhdistelmä, joka käsittää homogeenisesti järjestettyjä tai tiiviisti pakattuja partikkeleita A ja tiiviisti pakattuja partikkeleita B, tämä on johtanut suurempien partikkelien rikkoutumiseen puristusprosessissa pienemmiksi partikkeleiksi ja näin ollen se on merkinnyt sitä, että isommilla partikkeleilla ja pienemmillä partikkeleilla on identtinen molekyylirakenne.

Eräs hyvin mielenkiintoinen ominaisuus DSP-materiaaleilla on se, että on mahdollista aikaansaada edellä mainittua tyyppiä olevia rakenteita sinänsä heikoilla partikkeleilla ja sinänsä heikoilla lisäkappaleilla, jotka menettäisivät geometrisen muotonsa (rikkoutuisivat tai kokisivat tuntuvan muodonmuutoksen) käsittelyssä tunnetulla tekniikalla suurella jännl- 7 '34.; tysvaikutuksella. Tämä mahdollistaa tiiviin rakenteen aikaansaamisen materiaaleilla, joita ei ole aikaisemmin voitu käyttää tähän tarkoitukseen.

Useimmissa tapauksissa voidaan saavuttaa arvokkaimmat lujuusominaisuudet kun sekä partikkelit A että partikkelit B ovat hyvin tiiviisti pakattuja. Tätä tilannetta on havainnollistettu kansainvälisen hakemuksen n:o PCT/DK79/00047 kuviossa 1, joka esittää sen geometrisen järjestelmän periaatteita, joka käsittää tuoreen DSP-pastan, joka koostuu Portland-sementtipartikkelista, tiiviin yhteensovittamisen Portland-sementtipartikkelien välissä oleviin erittäin hienojakoisiin partikkeleihin. Tähän uuteen matriisiin perustuvalla laastilla, kuitulujitetulla pastalla ja betonilla tehdyissä kokeissa järjestäytyivät Portland-sementtipartik-kelit (keskimääräinen mitta 10 ^um) tiiviisti pakattuina, vastaten sementin tilavuusosuutta (Portland-sementin tilavuus jaettuna kokonaistilavuudella) 0,43-0,52. Jos tavallinen sementtipasta - joka ei sisällä erittäin hienoja partikkeleita - järjestettäisiin samalla tavalla tiiviisti, vastaisi se veden ja sementin painosuhdetta 0,42-0,30. Tätä pidetään normaalisti tiiviisti pakattuna. DSP-materiaalissa oli mahdollista edelleen sisällyttää jopa 50 tilavuus-% erittäin hienojakoisia kiinteitä partikkeleita sementtipartikkelien välitiloihin. Sisällytetty kiinteä aine muodostui suhteellisen tiiviisti pakatuista, erittäin hienoista pallonmuotoisista partikkeleista, joiden keskimääräinen halkaisija oli 0,1 ,um 2 ja ominaispinta noin 250 000 cm /g. Kiinteiden aineiden yhteenlaskettu tilavuusosa matriisissa, käsittäen sementtiä sekä silikapölyä, oli 0,64-0,70. Veden ja kiinteän aineen painosuhde oli 0,188-0,133.

Silikapölypartikkelien tiiviin pakkauksen varmistava silika-pölymäärä on riippuvainen silikapölyn raekokojakautumasta sekä suuressa määrin tiiviisti pakattujen partikkelien B välissä olevasta välitilasta. Näin ollen hyvin jaettu Portland-sementti, joka sisältää edelleen 30 % hienoja pallon- 8 3 4 > 9 muotoisia lentotuhkapartikkeleita, jättää paljon vähemmän välitilaa silikapölylle kuin vastaava tiiviisti pakattu sementti, jossa rakeet ovat yhtä kokoa. Systeemeissä, joissa partikkelit B ovat enimmäkseen Portland-sementtiä, vastaa silikapölyn tiivis pakkaaminen todennäköisesti silikapöly-tilavuuksia alueella 15-50 tilavuus-% laskettuna partikkeleista A + partikkeleista B. Vastaavat tarkastelut pätevät systeemeille, jotka sisältävät muun tyyppisiä partikkeleita A ja B.

Tiiviin pakkauksen periaatteita käsitellään yksityiskohtaisesti alempana osassa "Tiiviin pakkauksen periaatteet".

Esillä olevassa selityksessä sekä vaatimuksissa merkitsevät termit "erittäin hienot silikapartikkelit tai piidioksidi-partikkelit" ja "silikapöly tai piidioksidipöly" Si02-pi-toisia partikkeleita, joiden ominaispinta-ala on noin 50 000 - 2 000 000 cm2/g, erityisesti noin 250 000 cm2/g. Tällainen tuote valmistuu sivutuotteena metallisen piin valmistuksessa sähköuunissa ja se sisältää partikkeleita, joiden raekoko on noin 50 Ä - noin 0,5 μπι, tyypillisesti alueella noin 200 A - noin 0,5 μπι.

Erittäin hienojakoisten jauheiden tiivis pakkaaminen DSP-periaatteen mukaan saavutettiin betonilla (esimerkki 1), laastilla (esimerkeissä 3 ja 9 kansainvälisessä patenttihakemuksessa PCT/DK79/00047) ja ohuilla pursotetuilla levyillä, joissa oli lasikuitulujitus (esimerkki 2 kansainvälisessä patenttihakemuksessa PCT/DK79/00047). Tässä tapauksessa valmistettiin sideaine Portland-sementistä (ominais-pinta-ala noin 2400-4400 cm /g) ja erittäin hienojakoisesta pallonmuotoisesta silikapölystä (ominaispinta-ala 250 000 Λ cm /g) järjestettynä hyvin tiiviiksi pakkaukseksi (veden ja jauheen välinen painosuhde vastaavasti 0,18 ja 0,13) sillä tavalla, että dispergointiaineena käytettiin poikkeuksellisen suurta määrää betonin tehonotkistinta (1-4 paino-%, 9 3 4 s 9 erityisesti 2-3 paino-% tehonotkistinta laskettuna sementin ja silikapölyn yhteismäärästä).

Betoni valmistettiin hyvin juoksevasta massasta ja sillä on hyvä lujuus (vedessä kovettuneiden, märkien, sylinterämaisten koekappaleiden, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm, puristuslujuus oli 124,6 MPa 28 päivän jälkeen ja 146,2 MPa 169 päivän jälkeen). Tämä lujuus on 20 % korkeampi kuin korkeimmat vastaavat lujuusarvot betonille, joka on valmistettu ja valettu normaalitavalla, myös käytettäessä tehonotkistinlisäaineita (vertaa esimerkki 1 kansainvälisessä hakemuksessa PCT/DK79/00047). Helposti juoksevasta massasta valmistetun laastin, jota oli kovetettu vedessä 4 päivää lämpötilassa 60°C, puristuslujuus oli 179 MPa mitattuna märillä koekappaleilla, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm (vertaa esimerkki 9 kansainvälisessä hakemuksessa PCT/DK79/00047).

Kappaleet ia partikkelit A ia B DSP-materiaaleissa Kansainvälisessä hakemuksessa PCT/DK79/00047 luokitellaan DSP-materiaalien partikkelit A ja B yleisesti kiinteiksi partikkeleiksi, joiden partikkelikoko on tyypillisesti 50 Ä .· - 0,5 /im, vastaavasti 0,5 /im - 100 /im.

Edellä mainittu kansainvälinen patenttihakemus selostaa pääasiassa kompakteja partikkeleita, tyypillisesti suhteellisen kovia materiaaleja, kuten Portland-sementtiä, kalkkia, lentotuhkaa ja kolloidaalista silikaa. Mainitaan par-. . tikkeleina B kuitenkin myös heikot materiaalit, jotka de-formoituvat helposti jännitysvaikutuksella, joka on alle 5 kg/cm2.

Keksinnön mukaan partikkelit A ovat silikapölyhiukkasia, joiden koko noin 50 Ä - 0,5 /im, ja partikkelit B käsittävät vähintään 20 paino-% Portland-sementtipartikkeleita. Par- 10 3 4 > 9 tikkelit B voivat olla mitä tahansa muotoa, ja eräs tyypillinen käyttökelpoinen muoto on pitkänomainen sauvamainen muoto, jossa minimidimensiot ovat noin 0,5 μπ\ - 100 μιη. Partikkelien pituus voi olla mielivaltainen ja suurempi kuin poikittaismitat, ja tällaisia partikkeleita ovat tyypillisesti katkaistut kuidut tai lastut, joiden pituus/hal-kaisijasuhde on alueella 1000/1-5/1, tai jatkuvat langan muotoiset kuidut.

Tässä selostuksessa merkitsee termi "kappale" mitä tahansa muotoa olevaa kappaletta, kuten partikkelin muotoinen, pitkänomainen, levymäinen tai kuitu tai jatkuvan kuidun eli langan muotoinen, ja ilmaisu "partikkelit" tarkoittaa yleensä kompaktimuotoisia partikkeleita, mutta se voi myös käsittää kulmikkaita partikkeleita ja jonkin verran litistettyjä ja pitkänomaisia muotoja, jotka ovat ilmaisun "partikkelit" normaalin määrittelyalueen sisällä. Sen lisäksi voi ilmaisu "partikkelit" esillä olevan keksinnön mukaisten DSP-systeemien yleisen selostuksen yhteydessä olla yhteinen nimitys termille "kappale", silloin kun tämä merkitys on itsestään selvä.

Selityskappaleessa "Tiiviin pakkauksen periaatteet" mainittu tiivis pakkaus liittyy partikkelien geometriaan ja pakkaus- eli muotoiluprosessin tyyppiin. Pitkänomaisten kappaleiden B tilavuuskonsentraatiota 10 % on näin ollen usein pidettävä liian korkeana ja se muodostaa tiiviin pakkauksen kun sekoitus- tai valutekniikka, jolla tällaisia kappaleita sisältävät DSP-materiaalit on aikaansaatu, on yksinkertainen sekoitus- tai valutekniikka, kun taas vastaava tilavuuskonsentraatio silloin, kun kuidut B järjestetään yhdensuuntaisesti filamenttien tapaan, voi olla jopa 40-70 %.

11 r. s 4 S' 9

Tiiviin pakkauksen periaatteet

Osasten ja partikkelien tiivis pakkaus on olennainen DSP-järjestelmien yhteydessä, esimerkkinä voidaan mainita, että Portland-sementtiin perustuvissa DSP-materiaaleissa on olennainen ominaisuus sementtipartikkelien tiivis pakkaus, yhdistettynä erittäin hienojen partikkelien sijoittamiseen sementtipartikkelien välitiloihin.

Tilavuudeltaan stabiilin DSP-betonin tai laastin valmistamisen yhteydessä on myös toivottavaa pakata hiekka ja kiviaines mahdollisimman tiiviisti, jolloin aggregaattien väliset tilat mahdollisimman tiiviisti täytetään tiiviillä DSP-pastalla.

Tämä pakkaus ei ole yksikäsitteisesti määritettävissä, mutta se on riippuvainen kyseisten kappaleiden tai partikkelien muodosta, niiden kokojakautumasta sekä tiivistysmenetelmästä.

Partikkelin muodon merkitys

Pakkauksen tiiviys on riippuvainen partikkelien muodosta siten, että mitä enemmän kulmikkaita, pitkänomaisia ja epätasaisia partikkelit ovat, sitä alhaisempi on tiivistys.

Portland-sementtiin perustuvan DSP-pastan yhteydessä on suurilla partikkeleilla (sementillä) tyypillisesti kuu-tiomainen muoto, pakkauskapasiteetin ollessa keskinkertainen. (Sementtipartikkelien muoto on riippuvainen valmistusmenetelmästä (jauhatuksesta). Mitä pakkaukseen tulee, on pallomainen sementti ihanteellinen. Tämän muotoista sementtiä voidaan valmistaa synnyttämällä sydämiä ja kasvattamalla nestefaasissa.) Toisaalta sisältää erittäin hieno jauhe Pyöreitä partikkeleita, jotka ovat muodostuneet kondensaa-tion kautta kaasu- tai nestefaasista. Pallomainen muoto johtaa ihanteellisiin pakkausominaisuuksiin.

ia 3459

Partikkelien kokoiakautuman merkitys

Partikkelien kokojakautuman merkitystä voidaan havainnollistaa tarkastelemalla binäärisiä sekoituksia (isoja ja pieniä partikkeleita) verrattuna monikomponenttisekoituk-siin.

Partikkelien tiivistä pakkausta riippuvaisena partikkelien geometriasta (riippumatta pintavoimista) on käsitelty maailman ympäri partikkeliteknologiaa eri aloilla käsittelevässä kirjallisuudessa, esimerkiksi teoksissa "Particulate Technology", Clyde Orr Jr., 1966, The MacMillan Company, New York ja "Principles of Particulate Mechanics", Brown and Richards, 1970 Pergamon Press. On tyypillistä, että partikkeli järjestelmien pakkaaminen, jossa pintavoimat ovat merkityksettömiä, on riippumaton absoluuttisesta partikkelikoosta sekä riippuu vain partikkelien muodosta, suhteellisesta koko jakautumasta sekä mekaanisesta tavasta, jonka mukaan partikkelit on sijoitettu. Tämä merkitsee sitä, että yhtä isojen pallomaisten partikkelien yhdenmukainen pakkaaminen johtaa samaan kiinteän aineen tilavuusosaan (esimerkiksi 0,52 kuutiomaiselle ja 0,74 heksagonaaliselle pakkaukselle) riippumatta kuulien absoluuttisesta koosta. Pakkauksen tiiviyteen vaikuttaa voimakkaasti suhteellinen partikkelikoko-jakautuma, ts. eri partikkelikokojen välinen suhde. Siten selostavat Brown and Richards (edellä mainittu) klassillisia kokeita, jotka on tehty eri kokosuhteita edustavilla pallomaisten partikkelien binäärisillä pakkauksilla, joissa kiinteiden aineiden tilavuusosuus nousee noin 0,63:sta yksittäisillä partikkelikokojakei11a noin 0,70:een suurten ja pienten partikkelien sekoituksella, jossa kokosuhde on 3,4/1, sekä aina 0,84:ään asti suurten ja pienten partik- 13 M 3 4 99 kelien sekoituksella kokosuhteessa 16/1. Pakkauksen tiivistys on myöskin voimakkaasti riippuvainen mekaanisesta puris-tusraenetelmästä. Yksinkertainen painepuristus ei normaalisti johda erityisen tiiviiseen partikkelijärjestelmien pakkaukseen, jossa partikkelit säilyttävät geometrisen identtiteettinsä (ts. eivät rikkoudu eivätkä olennaisesti muuta muotoaan). Normaalisti tiiviimpi pakkaus saadaan aikaan leikkausdeformaa-tiolla, toistetulla leikkausdeformaatiolla, tai tasapainoisella täryttämisellä, aina kohdistamalla pieni kohtisuora paine sen varmistamiseksi, että toistettu muodonmuutos lopulta johtaa yhä tiiviimpään rakenteeseen. Tästä syystä ei ole mahdollista ilmaista käsitettä tiivis pakkaus yhden ainoan ominaisuuden avulla. Tässä selostuksessa mainittu termi "tiivis pakkaus" on ymmärrettävä olennaisesti sellaisena tiiviinä pakkauksena, joka saadaan aikaan järjestelmissä ilman tarttuvia pintoja ja edellä mainitun tyyppisillä vaikutuksilla, kuten leikkausdeformaatiolla ja tasopainotetulla täryttämisellä.

Kaikista tiivein pakkaus aikaansaadaan korkealla suurten ja pienten partikkelien välisellä suhteella, joka tyypillisesti on yli 20.

Pienillä halkaisijoiden suhteilla pienenee suurin mahdollinen pakkaustiiviys seinämä- ja rajavaikutuksen johdosta, jonka tärkeys kasvaa hienojen partikkelien ja isompien partikkelien välisen suhteen kasvaessa.

Ilman seinämä- ja rajavaikutusta voitaisiin aikaansaada 100 %:sen tiivis pakkaus multikomponenttisekoituksessa täyttämällä jatkuvasti partikkelien välisiä tiloja kuitupartikkeleilla.

Käytännössä missä suurimpien ja pienempien partikkelien välinen suh- 4 5 de on rajoitettu, esimerkiksi alueelle noin 10 -10 betonille tai sementtiin perustuvalle DSP:lle, jossa on aggregaatteja 10 mm:n asti sekä hienojakoista sementtiä luokaltaan noin 1 yUm, sekä DSP:n kohdalla myöskin erittäin hienojakoisia 14 -3499 silikapartikkeleita, joiden keskimääräinen partikkelikoko on noin 0,1 ^um, tapahtuu huomattava seinämä- ja raja-teho mikäli yksittäisten partikkelijakeiden lukumäärä on enemmän kuin 3 tai 4, mikä johtaa pakkaukseen, joka on kaukana ihanteellisesta.

Mitään sellaista teoriaa ei näytä olevan, joka mahdollistaisi sellaisen raekokokäyrän esittämisen, joka johtaisi optimaaliseen pakkaukseen. Tämän vuoksi ratkaisu näyttää olevan kompromissi toisaalta sellaisen pakkauksen, jossa on vain muutamia komponentteja sekä pieni seinämä- ja rajavaikutus, ja toisaalta sellaisen pakkauksen välillä, jossa on suuri komponent-timäärä. Jokaisessa yksittäisessä tapauksessa saavutetaan optimipakkaus suorittamalla ennakolta fysikaalisia kokoon-puristuskokeita.

Joka tapauksessa voidaan yleensä soveltaa joitakin yleisiä periaatteita: 1. Tiiviisti pakattu partikkelijae, esimerkiksi pyöreitä kompaktisti muotoiltuja hienoja partikkeleita alueella 10-20 ^,um, olisi suojattava ohentamiselta varmistamalla tuntuva ero partikkelikokojen suhteen (sekä suurilla että pienillä kokoluokilla).

2. Erittäin lujilla sementtiin perustuvilla materiaaleilla lujuuden antavien sementtipartikkelien tiivis pakkaus olisi varmistettava partikkelikoon eroilla (sekä isolla että pienellä kokoluokalla), esimerkiksi käyttämällä toisaalta suhteellisen karkeata hiekkaa ja toisaalta erittäin hienoja partikkeleita, jotka ovat tuntuvasti pienempiä kuin pienin sementtijae.

3. Milloin käytetään muita partikkeleita tai kuituja, joiden koko vastaa sementin, esimerkiksi halkaisijaltaan 10-20 ^,um olevia lasikuituja, sementtiin perustuvassa DSPrssä, on mahdollista kompensoida suhteellisen voimakas sementtijakeen ohennus, joka tapahtuu näiden partikkelien tai kuitujen pin- is - S 4 > y nassa, lisäämällä vastaavasti suurempi osa erittäin hienoja partikkeleita A.

Kappaleiden tai partikkelien, joilla pintavoimat on eliminoitu, tiivis pakkaus on voimakkaasti riippuvainen kappaleiden järjestelyn kinematiikasta. Esimerkiksi voidaan kuituja järjestää tässä hakemuksessa tarkoitettuun tiiviiseen pakkaukseen 1) yksinkertaisella sekoitus- ja valuprosessil-la, 2) saostuksella ja 3) filamentteja kiertämällä. Tiiviys eli kuitujen konsentraatio kasvaa voimakkaasti lähtien tapauksesta 1) tapauksen 2) kautta 3)reen. Näillä menetelmillä saavutettavia tyypillisiä kuitukonsentraatioarvoja ovat 5, 20 ja 60 tilavuus-%.

Näin ollen on ymmärrettävää, että tiivis pakkaus on yhdistelmävaikutus partikkelien tai kappaleiden muodosta sekä siitä tavasta, jolla partikkelit tai kappaleet on järjestetty, ts. kinematiikasta, jonka olosuhteissa partikkelien tai kappaleiden konsentraatioon pintavoimat vaikuttavat ainoastaan merkityksettömästä, kuten DSP-järjestelmissä, joihin on lisätty tehokas dispergointiaine.

Pintavoimien voittaminen

Eräs olennainen osa DSP-järjestelmien aikaansaamisessa on pienten partikkelien ja kappaleiden välisten pintavoimien voittaminen tärkeän tiivin pakkauksen aikaansaamiseksi.

Sementtiin perustuvassa DSPrssä kysymys tiiviin partikkeli-pakkauksen aikaansaamisesta on siten olennaisesti kysymys vesiliuoksessa olevien sementtipartikkelien ja erittäin hienojen partikkelien välisten pintavoimien voittamisesta.

Kompakteilla partikkeleilla, joilla on pyöreä muoto ja jotka ovat pintavoimien yhdessä pitämiä, ovat kahden pistekoske-tuksessa olevan partikkelin erottamiseen tai keskinäiseen siirtämiseen tarvittavat voimat verrannollisia partikkeliko koon (d) sekä pintajännitykseen (γ) F a yd 16 ; 34>9

Pintajännitys γ määritellään 1) nestemeniskin ja ympäröivän juoksevan aineen (yleensä ilman) välisenä pintajännityksenä, silloin kun meniski aiheuttaa koheesiota, tai 2) työnä, joka tarvitaan yhden uuden pinta-alayksikön aikaansaamiseksi siirtämällä keskenään yhdensuuntaiset pinnat pois kosketuspinnasta äärettömän kauas.

Olettaen, että erotus- ja liukuresistanssi ovat määrääviä pyö-rintäresistanssiin nähden, voidaan jauheen myötöjännitys (joka on verrannollinen partikkeliin vaikuttavaan voimaan, jaettuna partikkelin pinta-alalla) kirjoittaa seuraavasti p a yd ^ tai, dimensiovapaassa muodossa ^ = vakio Ύ jossa vakio on funktio partikkelijärjestelmän geometriasta (suhteellinen partikkelikoko, muoto sekä järjestely).

Tämä kvalitatiivinen malli on näyttänyt tärkeätä osaa valittaessa menetelmää tiiviiden, lujien, sementillä sidottujen materiaalien, kuten DSP:n, valmistamiseksi, jossa partikkelin pakkauksen kuvaamiseksi on käytetty funktiota eli pd

Y

Suure pd

Y

on mitta sille määrälle, missä ulkopuoliset jännitykset (p)

V

voivat voittaa sisäisen koheesion ( ^ ).

Pintavoimien vaikutuksen alaisena olevat erittäin hienojakoiset partikkelit pakataan tyypillisesti hyvin avoimeksi rakenteeksi, mikäli pakkaus tapahtuu kohtuullisella ulkopuo- 17 «3459 lisella paineella. Tämä on asianlaita jos pakataan partikkeli järjestelmä hyvin alhaisella, dimensiottomalla puristus-paineella pd T ' mikä johtaa vastaavasti alhaiseen partikkelikonsentraatioon.

Tiiviimpi pakkaus voidaan aikaansaada 1) suuremmalla puristuksella, 2) pienentämällä pintavoimia, esimerkiksi pinta-aktiivisilla aineilla, tai 3) valitsemalla suurempia partikkeleita .

Erittäin korkeilla arvoilla, on pintavoimien vaikutus käytännöllisesti katsoen voitettu, esimerkiksi kivipinos-sa. Siinä on partikkelien pakkaus periaatteessa kysymys partikkeligeometriasta, partikkelikitkasta sekä tavasta, jolla kokoonpuristaminen suoritetaan, esimerkiksi täryt-tämällä.

Erittäin lujan ja tiiviin betonin tuottaminen vaatii erittäin hienoista partikkeleista koostuvan sideaineen järjestämisen tiiviiksi pakkaukseksi. Kuitenkaan normaaliolosuhteissa pienien partikkelien, pintavoimien sekä kohtuullisen puristusvoiman yhdistelmä ei salli tällaisen tiiviin rakenteen aikaansaamista.

• DSP-periaatteen mukaan eliminoidaan pintavoimien lukitus-vaikutus sementtiin perustuvissa materiaaleissa olennaisesti tehonotkistimien avulla, jolloin mahdollistetaan ihanteellinen geometrinen järjestely niin, että pieniä, pyöreitä partikkeleita on sijoitettu isompien partikkelien väliin erittäin tiiviin rakenteen varmistamiseksi siitä huolimatta, että sementtipartikkelien väliin pakatut pienet partikkelit ovat vain noin 1/100 tavallisten sementtipartikkelien koosta (silikapöly, jossa keskimääräinen halkaisija on 0,1 yum).

18 :·34>9 Näin ollen DSP-järjestelmän mukaan käytetään tehokkaita tehonotkistimia muuttamaan erittäin hienoihin partikkeleihin perustuvat materiaalit sellaiseen tilaan, jossa pak-kaustiiviys on puhtaasti geometrinen ja kinemaattinen ongelma, sellaisena kun se tunnetaan suurikokoisten partikkelien pakkausteoriasta.

Esillä olevan keksinnön erään erityisen aspektin mukaan on myös mahdollista suorittaa DSP-materiaalien kokoonpuristus suuremmalla jännityskentällä. Käyttämällä kokoonpu-ristusta suurjännityskentässä on mahdollista menestyksellä aikaansaada DSP-järjestelmiä, jotka perustuvat kaikkein pie-nimpään partikkelikokoon, partikkeleille A ilmoitetulla alueella, ts. 50-200 A, missä pintavoimilla (γ) mallin pd — = vakio Ύ mukaan on yhä kasvavampi tärkeys. Lisäämällä puristusjännitystä p vastaavasti, voidaan säilyttää taso pd

Y

joka on ominainen sille, että pintavoimat on voitettu.

Muissa menetelmissä hienojen kappaleiden tai partikkeleiden järjestämiseksi, kuten saostamisessa, voidaan käyttää vastaavia periaatteita, vain matemaattiset mallit ovat erilaisia. Näin ollen tiiviin järjestelyn aikaansaaminen seostamalla pieniä kuituja on riippuvaista siitä, onko kuituihin vaikuttava painovoima tarpeeksi suuri voittaakseen pintavoimat, jotka pyrkivät kiinnittämään ja lukitsemaan saostuvat kuidut (tällainen kiinnitys on tyypillisesti sellainen, joka pyrkii kiinnittämään kuitua täysin ei-toivottuun asentoon, joka ei ole yhdensuuntainen toisten kuitujen kanssa), niin että laskeutuva kuitu asettuu haluttuun asentoon olennaisesti yhdensuuntaisesti jo laskeutuneiden kuitujen kanssa.

19 π 8 4 S 9

Dispergointiaineen vaikutus Portland-sementin/erittäin hienojen partikkelien järjestelmässä_

Hienojen partikkelien dispergointia käyttämällä pinta-ak-tiivisia aineita on laajasti yleisesti selostettu kolloideja ja pintavaikutuksia käsittävässä kirjallisuudessa.

Pinta-aktiivisen aineen käyttämisen tarkoituksena on aikaansaada sellaisia poistyöntäviä voimia viereisiin partikkeleihin nähden, että nämä voimat voivat voittaa London/van der Waalin voimien aiheuttavan keskinäisen vetovoiman sekä mahdollisesti muut vetovoimat. Tällä keinolla pyritään eliminoimaan partikkelien välinen tartunta, niin että varmistetaan partikkelien keskinäinen liukuminen, mikä on täysin olennaista tiiviin pakkauksen aikaansaamiseksi alhaisella puristuksella.

Klassillisen teorian mukaan huomioidaan normaalisti kaksi erikseen työntävää mekanismia: sähköinen repulsio, jonka aiheuttaa sähköisen kaksoisdiffuusiokerroksen syntyminen partikkeleita ympäröivään aineeseen (vertaa D.L.V.O. teoria), ja steerinen este, jolloin partikkelien pääsyä keskinäisesti yhteen (ts. niiden flokkulaatiota) estetään toisen aineen adsorboitujen kerrosten läsnäololla partikkelien pinnalla.

Tällaiset adsorboidut kerrokset voivat olla väliaineen mole-: kyylejä, tai ne voivat olla pinta-aktiivisia molekyylejä.

Adsorboitujen molekyylien fysikaalinen vuorovaikutus partikkelien lähestyessä toisiaan vaikuttaa flokkulaation estämiseksi. Uskotaan, että steerinen estevaikutus on määräävä tekijä kun sementti on liuotettu veteen tyypillisten betoni-tehonotkistimien vaikutuksella, mutta että myös sähköinen repulsio osallistuu mekanismiin lisäyksenä edelliseen.

Monen vuoden kokemus osoittaa, että puhdas sähköinen repul-siovaikutus on riittämätön estämään Portland-sementin flokkulaatiota vedessä (luultavasti johtuen kaksiarvoisen ja koImiarvoisen vastaionin Ca++ ja Al+++ suuresta konsentraa-tiosta) mikä, Hardy-Schultz-säännön mukaan pienentää diffun- 20 ' 3 4 > 9 doitua kaksoiskerrosta, sekä mahdollisesti myöskin johtuen suoranaisten kemiallisten sidosten (tai siltojen) muodostumisesta. Näyttää todennäköiseltä, että normaalin Portland-sementin tehokas dispersio veteen on voimakkaasti riippuvainen tehokkaan steerisen esteen varmistavista dispergointi-aineista.

Erittäin hienojakoisen silikan, ts. jonka keskimääräinen raekoko on 0,1 ^um, hyvän dispersion aikaansaaminen veteen on periaatteessa paljon yksinkertaisempaa kuin vastaavan dispersion aikaansaaminen paljon karkeammalla Portland-sementillä (jossa keskimääräinen partikkelikoko on tyypillisesti 10 ^,um) .

Näin ollen kolloidaalisen silikan tehokas dispergointi veteen (ilman suolasisältöä) aikaansaadaan pH-säädöllä (pH tyypillisesti yli 7 tai 8), kuten selostetaan teoksessa Surface and Colloid Science, Egon Matijeviec, Ralph K. Iler, 1973, John Wiley & Sons). Käytännön kokemus, joka on saatu hienolla silikapölyllä, jota on käytetty hakemuksen esimerkeissä (omi- 2 naispinta-ala noin 250 000 cm /g), osoittaa samaa yleistä käyttäytymistä.

Näin ollen 1/1 sekoitus silikapölystä ja vesijohtovedestä (painon mukaan) sekä 2/1 sekoitus silikasta ja 3 %:sesta nat-riumtripolyfosfaatin vesiliuoksesta molemmat johtavat liuoksiin, joilla on kohtuullinen viskositeetti, ja joita voidaan helposti sekoittaa pienitehoisilla sekoittimilla tai käsin. Kuitenkin yritykset yhdistää tällaisia silika/vesijärjestelmiä Portland-sementtiin johtavat korostettuun flokkulaatioon.

Siten pienen määrän helposti juoksevaa Portland sementti/vesi-liuosta (tyypillisesti vesi/sementtisuhde 1) lisääminen suureen määrään silika/vesiliuosta, joka on edellä mainittua tyyppiä ja konsentraatiota (ts. tyypillisesti 1 osa sementti-liuosta 10 osaan silika/vesiliuosta) johtaa tuntuvaan jähmettymiseen, joka tekee kaiken lisäsekoituksen mahdottomaksi.

21 3 4 S' 9 Tämä osoittaa sitä, että veteen liuennut sementti hävittää erittäin hienojakoisten silikapartikkelien dispergoinnin. Silikapartikkelien välisen sidemuodostuksen tarkkaa mekanismia ei tunneta, mutta selitys on todennäköisesti se, että kaksikerroksinen repulsio pienenee ja että muodostuu erilaisia suoria siteitä tai siltoja.

Käyttäen betonin tehonotkistimia, kuten korkeasti kondensoituneen naftaleenisulfonihappo/formaldehydikondensaatin nat-riumsuolaa, jossa tyypillisesti enemmän kuin 70 % sisältää molekyylejä, joissa on 7 naftaleeniydintä tai enemmän, on helppoa aikaansaada erittäin hyvä dispersio yhdistettyjen erittäin hienojakoisten silika/Portland-sementtipartikkelien ja veden järjestelmässä, mikä mahdollistaa sideaineen tiiviin pakkaamisen jännitykseltään alhaisella kentällä.

Näin ollen tehonotkistimen vaikutus erittäin hienojakoisten partikkelien/sementin/veden DSP-järjestelmissä ei johdu niiden kyvystä dispergoida erittäin hienojakoisia partikkeleita veteen (itse asiassa muut pinta-aktiiviset aineet ovat tätä tarkoitusta varten parempia), vaan se johtuu siitä, että ne kykenevät aikaansaamaan silikan hyvän dispergoinnin tässä nimenomaisessa Portland-sementin/veden ympäristössä.

Yhdistelmämateriaalin rakenne ~ia ominaisuudet Y Esillä oleva keksintö tarjoaa useita uusia menetelmiä ja periaatteita DSP-materiaalien aikaansaamiseksi, joita mene-telmiä selostetaan seuraavassa selityksen eri kappaleissa. Tämä kappale koskee erityisesti erittäin lujien sementtiin perustuvien DSP-materiaalien aikaansaamista.

Tavallisen betonin lujuus riippuu ensisijaisesti sement-tisideaineen laadusta, joka aine sitoo hiekan ja kivet yhteen, sekä vain pienemmässä määrin hiekan ja kiven laadusta niin kauan kun kyseessä ovat normaalimateriaalit.

22 ; 3 4 S 9 Tämän tosiasian syynä on se, että sideaine on tavallisessa betonissa heikoin lenkki ja että halkeamat tapahtuvat pääasiassa sideaineessa, eivätkä kulje hiekan ja kivipartikke-lien läpi.

Betonirakennesuunnittelua koskevissa kirjoissa tätä on selitetty olettamalla ensimmäisenä likiarvona että lujuus on ainoastaan sideaineen koostumuksen funktio (ilmaistuna se-menttikonsentraationa sementti-vesisuspensiossa suhdearvona joka on vesi/sementtisuhde), sisällyttämättä malleihin hiekan ja kiven määrää taikka laatua.

Betonissa, jossa hiekan ja kiven lujuus ei ole enää korkea suhteessa sideaineen lujuuteen, ovat sekä sideaineen lujuus että hiekan ja kiven lujuus tärkeitä yhdistelmämateriaalin lujuutta silmälläpitäen.

Tämä on tunnettu tosiasia kevytbetonilla, jossa kiviaines koostuu kevyestä, huokoisesta, suhteellisen heikosta materiaalista. Tässä tapauksessa on kiviaineksen sisäinen lujuus yhtä tärkeä kuin sideaineen lujuus kun ilmaistaan matemaattisesti betonin lujuus: σ = o11 x ο1'" a m jossa σ on betonin puristuslujuus, σ on kiven Duristuslu- a juus, am on sideaineen puristuslujuus, n on kiven tilavuus-konsentraatio ja 1-n on sideaineen tilavuuskonsentraatio. Tällaisissa materiaaleissa halkeaminen etenee huomattavassa määrin heikkojen kivipartikkelien kautta.

Uuden erittäin lujan sementtiin perustuvan DSP sideaineen, jota on selostettu kansainvälisessä hakemuksessa n:o PCT/DK79/00047, kehittämisen kautta on aikaansaatu betoni ja laasti, joilla on tähän asti tuntematon lujuus. Täten kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047 esittää vedessä kovetettujamärkiä sylinteritestikappaleita, joiden halkaisija on 10 cm sekä korkeus 20 cm, ja joiden puristuslujuus on 146,2 MPa betonille 169 päivän varastoinnin 23 ίί 3 4 S 9 jälkeen 20°C:ssa,sekä 179 MPa laastille» joka on kovetettu noin 60°C:ssa 4 päivää. Sekä betoni että laasti valmistettiin helposti juoksevista valumassoista heikosti mekaanisesti täryttämällä. Käytettiin sovinnaista kvartsihiekkaa sekä betonia varten graniittia. Lujuuksia vertailtiin korkeimpiin lujuuksiin, joita on ilmoitettu kyseisessä teknisessä kirjallisuudessa: 120,6 MPa mitattu koesylintereille, joilla oli samat dimensiot kuin edellä ja jotka koostuivat betonista, jossa vesi/ sementtisuhde oli 0,25, sementtisisältö 512 kg/m^, sekä "Mighty" 150 sisältö (seuraavassa lähemmin selostettu betonin tehonotkistin) määrässä 2,75 % 0,42 %:sena liuoksena, laskettuna sementin määrästä, jolloin näytteet oli säilytetty yksi vuosi ennen puristuslujuuden koestusta. (Kenichi Hattori, "Superplasticizers in Concrete, Voi. I, Proceedings of an international Symposium held in Ottawa, Canada, 29-31 May, 1978, edited by V.M. Malhhotra, E.E. Berry and T.A. Wheat, sponsored by Canada Centre for Mineral and Energy Technology, Department of Energy, Mines and Resources, Ottawa, Canada and American Concrete Institute, Detroit, USA.)

Murtumapintojen tutkiminen lujuusmittauksien yhteydessä, joita on selostettu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047 osoitti, että käytetty hiekka ja kiviaines ei ollut tarpeeksi luja verrattuna sideaineeseen, niin kuin olisi ollut asianlaita normaalibetönin tapauksessa, koska murtuminen eteni huomattavassa määrin hiekan ja kivi-partikkelien läpi.

Tämä osoitti mahdollisuuden valmistaa vielä lujempaa betonia yhdistämällä DSP-sideaineen käytön paljon lujemman hiekan sekä kiviaineksen käyttöön. Tämä on periaate, jolla ei ole mitään huomattavaa merkitystä normaalibetonin yhteydessä, niin kuin on edellä selostettu.

24 3 4 S' 9 DSP sideaineen yhdistäminen erityisen lujaan hiekkaan ja kiviainekseen on eräs esillä olevan keksinnön tärkeimpiä aspekteja.

Sopusoinnussa tämän aspektin kanssa, valmistettiin betonia ja laastia käyttäen DSP-sideainetta sekä hiekkana ja kiviaineksena esimerkiksi tulenkestävää bauksiittia ja piikar-bidia, jotka molemmat ovat paljon lujempia kuin tavallisen betonin hiekka ja kiviaines, vertaa esimerkkejä 1 ja 4.

Betoni ja laasti valmistettiin helposti juoksevista massoista ja niillä oli erinomaisen korkea lujuus (puristuslujuus sylinterimäisillä betonikappaleilla, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm ja joita oli kovetettu 60°C:ssa 4 vuorokautta, oli 217 MPa).

Tämä on enemmän kuin 50 % korkeampi kuin erittäin kovan betonin lujuus, joka betoni on valmistettu tavallisesta hiekasta ja kivestä, yhteen sidottuna uudella lujalla sement-tiaineella (146,2 MPa, vertaa kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047) sekä enemmän kuin 20 % korkeampi kuin korkeimmat lujuudet,jotka on hakijan tiedon mukaan saatu betonilla, jota on valmistettu sovinnaisella pehmeän massan valulla sekä kovetustekniikalla käyttäen sovinnaisia erikois-pehmennettyjä sideaineita (120,6 MPa, vertaa Hattori kuten edellä mainittu).

Keksinnön mukaisella uudella korkealaatuisella materiaalilla 011 myöskin äärimmäisen korkea jäykkyys (dynaaminen kimmomoduuli 109 000 MPa), mikä on noin 60 % korkeampi kuin korkealaatuisella betonilla, jossa on käytetty DSP-sideainetta sekä kvartsihiekkaa ja graniittia, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkkiä 1.

Tulenkestävästä bauksiittihiekasta tehty laasti oli vielä lujempaa ja jäykempää kuin betoni (puristuslujuus sylinteri-mäisillä kappaleilla, joiden halkaisija oli 10 cm ja korkeus 20 cm ja joita oli kovetettu 80°C:ssa 4 päivää, oli 248 MPa 25 :'3 4 S 9 ja dynaaminen kimmomoduuli oli niin korkea kuin 119 000 MPa:ta, vertaa esimerkki 3). Puristuslujuus on 38 % korkeampi kuin lujimmalla laastilla, joka on valmistettu DSP-sideaineella sekä kvartsihiekalla (179 MPa, vertaa kansainvälisen patent-tihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkkiä 9) , sekä enemmän kuin kaksi kertaa niin korkea kuin edellä mainitulla lujalla betonilla Hattorin mukaan (120 MPa). Vielä lujempia sementtiin perustuvia DSP-materiaaleja on esillä olevan keksinnön mukaan aikaansaatu lujilla hiekka-ja kiviaineksilla, vertaa esimerkkiä 4, jossa lujuus oli 268,3 MPa.

Näin ollen on esillä olevan keksinnön mukaisella DSP-betoni-materiaalilla tähän asti saavuttamaton laatu, joka on saavutettu käyttämällä erittäin lujaa hiekkaa ja kiviainesta yhdessä erittäin lujan DSP-sideaineen kanssa, jolloin 1) tavalliseen betoniin verrattuna hiekan ja kiviaineksen lujuutta käytetään paremmin hyväksi ja 2) DSP-sideaineen lujuutta käytetään paljon paremmin hyväksi kuin betonissa, jossa on tavallista hiekkaa ja kiviainesta.

Yhdessä helpon tuottamisen mukaan tuomien etujen kanssa, jotka liittyvät DSP-sideaineeseen, avaa erityisen luja hiekka ja kiviaines mahdollisuuden aikaansaada suuri valikoima uusia ja parannettuja tuotteita.

* · • · ·

Eräs toinen erittäin mielenkiintoinen näkemys erittäin lujien, ".* sementtiin perustuvien DSP-materiaalien suhteen on lujuuden *;*/. σ ja tiheyden p suhde, joka on avainparametri rakennettaessa *·" suurikokoisia rakenteita, kuten torneja, siltoja jne., jossa suurin mahdollinen koko on verrannollinen tähän suhteeseen. Sementtiin perustuvien DSP-materiaalien ja erikoisesti hiekkaa :/-j ja kiviainesta sisältävien DSP-materiaalien lujuus/tiiviyssuh- : : : de on huomattavasti korkeampi kuin tavallisella betonilla tai ···. korkealaatuisella betonilla ja jopa korkeampi kuin rakenne- teräksen lujuus/tiiviyssuhde .

26 .. ΰ 4 S y

Keksintö koskee menetelmää muotokappaleen valmistamiseksi, joka käsittää erittäin lujat sementtiin perustuvat DSP-ma-teriaalit.

Keksintö koskee näin ollen menetelmää muotokappaleen valmistamiseksi, jossa menetelmässä yhdistetään A) epäorgaanisia kiinteitä piidioksidipölyhiukkasia, joiden koko on noin 50 Ä - 0,5 μπι, ja B) kiinteitä hiukkasia, joiden koko on suuruusluokkaa 0,5 - 100 μπι ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin kohdassa A) mainitut hiukkaset, jolloin hiukkasten A määrä on 10 - 30 tilavuusprosenttia laskettuna hiukkasten A + B tilavuudesta, vettä, ja betonintehonotkistinta, ja sekoitetaan mekaanisesti partikkelit A, vesi ja betonin-tehonotkistin yhdessä partikkelien B kanssa ja partikkelien C kanssa, jotka ovat muodoltaan kompakteja partikkeleita, joiden koko on 100 μπι - 0,1 m, ja mahdollisesti inerttisten täyte- tai lujitekappaleiden D kanssa komponenttien halutun jakautumisen aikaansaamiseksi, ja lopuksi valetaan syntyvä massa halutun muotoiseksi jännitysalueella, lisäämällä mahdollisesti valun aikana partikkeleita C ja/tai kappaleita D.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että partikkelit B käsittävät vähintään 20 painoprosenttia Portland- sementtipartikkeleita, että partikkelien B määrä pääasiassa vastaa niiden tiivistä pakkaantumista yhdistelmäma-teriaalissa, jossa on homogeenisesti jakautuneita partikkeleita A partikkelien B välisessä tilassa, että veden määrä vastaa pääasiassa sitä määrää, joka tarvitaan täyttämään partikkelien A ja B välinen tila vastaten painosuhdetta veden ja partikkeleiden A + B välillä, joka on 0,12 - 0,30, että tehonotkistimen määrä on riittävä antamaan yhdistelmä- 27 y 8 4 S 9 materiaalille juoksevasta plastiseen konsistenssin alhaisen jännityksen alueella, joka on alle 5 kg/cm2, joka määrä vastaa 1 - 4 painoprosenttia tehonotkistimen kuiva-ainetta laskettuna partikkeleiden A + B painosta, että partikkelit A, B ja C ja mahdollisesti lisäkappaleet D käsittävän yhdistelmän mekaanista sekoittamista jatketaan, kunnes saadaan aikaan paksujuoksuisesta plastiseen massa käsittäen partikkelit A, B ja C ja mahdollisesti lisäkappaleet D, jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneita tiiviisti pakkaantuneiden partikkelien B väliin, ja että partikkelit C ovat materiaalipartikkeleita, jonka materiaalin lujuus ylittää tavanomaisessa betonissa käytetyn tavanomaisen hiekan ja kiven lujuuden, tyypillisesti lujuus, joka vastaa ainakin yhtä seuraavista kriteerioista: 1) männänpaine, joka on yli 30 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,70, yli 50 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,75 ja yli 90 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,80, määritettynä selityksessä esitetyllä menetelmällä (materiaalipartikke-leilla, joiden suurimpien ja pienimpien hiukkasten suuruus-suhde pääasiassa ei ylitä 4), 2) Mohs-kovuus (tarkoittaen hiukkaset muodostavaa mineraalia) yli 7, ja 3) Knoop-tunkeumakovuus (tarkoittaen hiukkaset muodosta- . . : vaa mineraalia) yli 800, jolloin saadaan muotokappale, joka sisältää edellä esitettyjä kompaktimuotoisia hiukkasia C, jonka kappaleen puris-tuslujuus on suurempi kuin 150 MPa, mitattuna testikappaleelle, jonka halkaisija on 10 cm ja korkeus 20 cm, silloin kun suurimmat kompaktimuotoiset kappaleet ovat suurempia kuin 4 mm, ja suurempi kuin 180 MPa, mitattuna testikappaleelle, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus 6 cm, silloin kun suurimmat .kompaktimuotoiset kappaleet ovat enintään 4 mm.

28 :3499

Keksinnön mukaan käytetään partikkeleina C hiekkaa ja kiviainesta, joka on lujempaa kuin tavallisessa betonissa käytetty hiekka ja kiviaines. Betonihiekka ja kivi muodostuu tyypillisesti tavallisesta kivestä, kuten graniitista, gneissistä, hiekkakivestä, piikivestä ja kalkkikivestä, sisältäen sellaisia mineraaleja kuten kvartsia, maasälpää, kiillettä, kalsiumkarbonaattia, piioksidia jne.

Erilaisia vertailutestejä voidaan käyttää sen toteamiseksi, että tietyt hiekka- ja kivimateriaalit ovat lujempia kuin tavallinen betonihiekka ja kivi, esimerkiksi 1) kovuuden mittaus 2) yksittäisten partikkelien murtolujuuden määrääminen 3) kovuuden mittaaminen mineraaleille, joista hiekka ja kivimateriaalit koostuvat 4) jauhepuristusvastuksen määrääminen 5) kulutuskokeet 6) jauhatuskokeet 7) partikkeleita sisältävän yhdistelmämateriaalin lujuuden mittaaminen.

On vaikeata määritellä yksikäsitteisiä suhteita hiekan ja kiven tällaisten lujuus- ja kovuustulosten välillä sekä hiekan ja kiven kykyä lisätä betonin tai laastin lujuutta.

Yleensä on oletettava, että hiekka ja kiviaines, jolla on 29 H 8 4 9 9 korkeampi kovuus, kulutuskestävyys, lujuus yhdistelmära-kenteessa jne. johtaa suurempaan lujuuteen betonissa edellyttäen 1) identtistä partikkeligeometriaa (partikkelimuoto, partikkelikoko, pakkauksen määrä ja aste) ja 2) että betonisysteemit ovat systeemejä, joissa tietyssä asteessa murtuminen tapahtuu hiekka- ja kivipartikkelien läpi. (Jos viimemainittu edellytys ei ole täytetty, tämä johtuu siitä, kuten on mainittu selostuksen alussa, että hiekka ja kiviaines ovat joka tapauksessa selvästi lujempia kuin matriisi ja että hiekan ja kiviaineksen lujuuden lisääminen ei vaikuta millään tavalla murtumiseen, murtumisen tapahtuessa joka tapauksessa matriisin läpi välttäen hiekka-ja kivipartikkeleita.)

Esimerkeissä 1, 2, 3 ja 4 on käytetty hiekkaa ja kivimateriaaleja, joilla on huomattavasti suurempi lujuus ja kovuus kuin tavallisella betonilla: Käytettiin tulenkestävää bauksiittia sisältäen 85 % Al2C>3 (korundi) sekä piikarbidia. Molemmilla materiaaleilla on huomattavasti suurempi kovuus kuin tavallisessa hiekassa ja kivessä esiintyvillä mineraaleilla. Näin ollen sekä korundil-le että piikarbidille ilmoitetaan kovuus 9 Mohsin kovuusasteikon mukaan, ja Knoopin loveuskovuuden ilmoitetaan olevan 1635-1680 alumiinioksidille (korundille) sekä 2130-2140 piikarbidille, kun taas kvartsilla, joka on yksi kovimpia mineraaleja tavallisessa betonihiekassa ja kivessä, on Mohs-kovuus 7 sekä Knoopin loveuskovuus 710-790 (George S. Brady and Henry R. Clauser, Materials Handbook, 11 painos, McGraw - Hill Book Company).

Näiden materiaalien korkea lujuus verrattuna tavalliseen beto-nihiekkaan ja kiveen on osoitettu jauhepuristustesteillä (esimerkki 2) sekä silikasementtisideainetta sisältävälle laastille ja betonille tehdyillä testeillä, joissa näitä materiaaleja käytettiin hiekkana ja kivenä (esimerkit 1, 3 ja 4).

30 · 8 4 <; 9

Useita muita materiaaleja kuin kahta edellä mainittua voidaan luonnollisesti käyttää lujana hiekka ja kiviaineksena. Tyypillisesti voidaan käyttää materiaaleja, joiden Mohs-kovuus ylittää 7, esimerkiksi topaasia, lawsoniittia, timanttia, korundia, fenasiittia, spinelliä, berylliä, krysobe-rylliä, turmaliinia, graniittia, andalusiittia, stauroliit-tiä, sirkonia, boorikarbidia, sekä wolframikarbidia.

Kovuuskriteeri voidaan myöskin luonnollisesti ilmaista Knoopin loveuskovuutena, jolloin mineraaleja, joiden arvot ovat kvartsin arvon (710-790) yläpuolella, on pidettävä lujina materiaaleina verrattuna tavallista betonihiekkaa ja kiveä muodostaviin mineraaleihin. Hiekan ja kiven lujuuden selvittämiseksi voidaan käyttää esimerkeissä 1, 3 ja 4 selostettua tekniikkaa, joka käsittää kyseessä olevan hiekan ja kiven sisällyttämisen määrättyyn sementti/silikamatriisiin, joka on valmistettu sekä testattu määrätyllä tavalla:

Betoni (suurimpien partikkelien koko ylittää 4 mm):

Tavallisesta betonihiekasta ja kivestä (graniittikivestä ja kvartsihiekasta) sekä silika/sementtimatriisista valmistetulla betonilla, joka oli olennaisesti identtinen esimerkissä 1 käytetyn kanssa, oli puristuslujuus noin 120-160 MPa (vertaa kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047). Tämän vuoksi näyttää kohtuulliselta luonnehtia kiveä ja hiekkaa, jotka lisäävät betonin puristuslujuutta 170 MPa:n, lujina verrattuna tavalliseen betonihiekkaan ja kiveen. Kuitenkin saavutettiin tulenkestävällä bauksiittihiekalla ja kivellä, vertaa esillä olevan hakemuksen esimerkkiä 1, 217,5 MPa:n lujuus, minkä vuoksi yli 200 MPa:n arvoja voidaan pitää realistisena ja toivottavana päämääränä suotavalle materiaalille.

Laasti (partikkelikoko alle 4 mm): 31 /· 3 4 S 9

Vastaava kokemus on saatu sementti/silikalaastilla, jossa materiaalit, joilla on olennaisesti identtinen sementti/si-likamatriisi, johtivat puristuslujuuteen 160-179 MPa kvart-sihiekkalaastille (vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkkiä 9) sekä 24Θ ja 268 MPa vastaavasti tulenkestävää bauksiittihiekkaa sisältävälle laastille (esillä olevan hakemuksen esimerkit 3, vastaavasti 4). Näyttää kohtuulliselta luonnehtia hiekkaa, joka lisää laastin lujuutta yli 200 MPa:han, lujaksi verrattuna normaalihiekan lujuuteen, ja näyttää myös kohtuulliselta pitää yli 220 MPa:n lujuuksia sekä toivottavana että saavutettavana päämääränä suositeltaville materiaaleille.

Aggregaattien arvostelemiseksi, joiden partikkelikoko ylittää 4 mm, käytetään esimerkin 1 mukaista betonitekniikkaa. Hiekan arvostelemiseksi, jonka partikkelikoko on pienempi kuin 4 mm, käyttään laastitekniikkaa, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkkiä 9 sekä esillä olevan patenttihakemuksen esimerkkejä 3 ja 4 (yhdistelmä kuten bauksiittilaastille), jolloin eri sekoituksissa on käytettävä samaa tilavuutta hiekkaa ja kiviainesta, eikä samaa painomäärää hiekkaa ja kiveä. Valmistus, kovettaminen sekä koestus suoritetaan kuten mainituissa esimerkeissä.

Edellä mainitut koestusmenetelmät sekä määrätty tapa, jolla tietyt kokeet suoritetaan, muodostavat perustan käyttökelpoisten partikkelien C määritelmälle, johon viitataan vaa-timuksissa.

Lisäkappaleet D, joiden dimensioista ainakin yksi on kertaluokkaa suurempi kuin partikkeleilla A, voivat periaatteessa : olla kiinteitä kappaleita (kuten myöhemmin yksityiskohtai semmin on kuvattu), kaasua, (kuten kaasubetonissa) tai nestettä. Materiaali voi olla kompakteja muotokappaleita (kuten hiekkaa, kiviä, kaasukuplia tai nestekuplia), levyn muotoisia kappaleita (kuten kiille) tai pitkänomaisia kappaleita (kuten kuidut, vahvikesauvat tai vaijerit). Johtuen mahdol- 32 ; 3 4;9 lisuudesta muovailla kysymyksessä olevia artikkeleita "pehmeällä" tavalla alhaisessa jännityskentässä, sellaiset kappaleet saattavat, päin vastoin kuin mitä tapahtuu kaikissa tunnetuissa tiivistysprosesseissa, joissa on mahdollista saavuttaa tiivistä pakkautumista ultrahienoilla partikkelisysteemeillä, säilyttää pääosiltaan geometrisen identtisyytensä muovauksen aikana. Tässä yhteydessä geometrisen identtisyyden säilyminen osoittaa, että kysymyksessä olevat kappaleet eivät joudu murskauksen tai voimakkaan muuntumisen kohteeksi. Tyypillinen esimerkki on ontto kappale tai kuitu, joka jauhetiivistyksessä tai muissa suurjännitteisissä käsittelyissä rikkoutuisi tai muuntuisi voimakkaasti, mutta mikä paljon alhaisemmassa jännityskentässä, jossa myös keksinnön mukaiset artikkelit muovataan, voidaan valmistaa ilman sellaista turmeltumista.

Esimerkkejä lisäkappaleista D, jotka on edullisesti yhdistetty DSP-matriisiin, ovat hiekka, kivi, polystyreenikappa-leet polystyreenihelmet mukaanlukien, paisutettu savi, ontot lasikappaleet ontot lasipallot mukaanlukien, paisutettu sa-vikivi, perliitti, luonnollinen kevyt betonin täyteaine, kaasukuplat, metallisauvat terässauvat mukaanlukien, kuidut mukaanlukien metallikuidut kuten teräskuidut, muovikuidut, lasikuidut, Kewlar-kuidut, asbestikuidut, selluloosakuidut, mineraalikuidut, korkean lämpötilan kestävät kuidut ja "lastut", mukaanlukien epäorgaaniset, epämetalliset lastut kuten grafiittilastut ja AljO^-lastut ja metalliset lastut, kuten rautalastut, raskaat komponentit kuten baryytti tai tina tai tinapitoiset mineraalit, ja vetypitoiset komponentit kuten ontot, vedellä täytetyt partikkelit. Kun keksinnön mukaiset muotokappaleet sisältävät lisäkappaleita D, saattaa olla mielenkiintoista aikaansaada lisäkappaleiden tiiviitä pakkauksia optimilujuuden ja jäykkyyden tai muiden seikkojen vuoksi. Tämän keksinnön mahdollistama, helposti muuntuva (helposti juokseva) DSP-matriisi mahdollistaa huomattavasti tiiviimmän lisämateriaalin järjestyksen kuin mitä on aikaansaatu tunnetulla tekniikalla.

33 334S9

Varsinkin kuitujen liittäminen on erittäin mielenkiintoista johtuen DSP-matriisin ainutlaatuisesta kyvystä kiinnittää niitä. Tässä yhteydessä on mainittava, että DSP-matriisin sisältävien muotokappaleiden paljon tiiviimpi rakenne johtaa käytännöllisesti katsottuna kuitujen eristämiseen, jotka muussa tapauksessa joutuisivat matriisin aineosien tai ympäristön aiheuttaman kemiallisen hyökkäyksen kohteeksi. Keksinnön mukaisissa artikkeleissa käytetyillä kuiduilla saa olla minkälainen muoto tahansa, kuten pilkotut yksinkertaiset kuidut tai jatkuvat kuidut tai langat tai köydet, tai esikehrätyt tai lujat kuidut, tai kuituverkot tai -kankaat. Kuidun nimenomainen tyyppi ja muoto riippuvat sen nimenomaisesta käyttötarkoituksesta, yleisen periaatteen ollessa se, että mitä suuremmat ovat muotokappaleen dimensiot, sitä pidempiä ja karkeampia kuituja suositaan.

Hienojen kuitujen kiinnittymisen paraneminen mahdollistaa huomattavasti parantuneiden kuituyhdistelmämateriaalien valmistuksen, joka perustuu pilkottujen kuitujen suuremman määrän sekoittamiseen materiaaliin kuin tavallisiin matriiseihin perustuvissa materiaaleissa. Kuidun hyvän järjestäytymisen varmistamiseksi tunnetunlaiseen matriisiin on välttämätöntä, että pilkotuilla kuiduilla on tietty (suuri) pituus suhteessa halkaisijaan, ns. sivusuhde. Normaaleissa matriiseissa on kuitenkin vaikeata sekoittaa ja järjestää kuituja suurilla sivusuhteilla - ts. mitä pienempi sivusuhde on, sitä helpompi on lisätä kuituja ja järjestää ne sopivalla tavalla valumat-riisiin, ja sitä suurempi tilavuus kuituja voidaan lisätä. Esimerkiksi pilkotut polypropyleenikuidut, joiden poikkipinnan dimensiot ovat n. 30 ^,um ovat tavallisesti 12-25 mm pitkiä (sivusuhde yli 500) käytettäessä vahvikkeina tavallisissa sementtimatriiseissa. Samantyyppisten kuitujen paljon parempi käyttö on saatu aikaan keksinnön mukaisessa matriisissa, kuten kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 2 on kuvattu. Kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 2 on saatu hyvin edullinen kiin- 34 i S4';9 ♦ liittyminen ja sen tuloksena edulliset lujuusominaisuudet vaikka kuidun pituus oli vain 6 mm. DSP-matriisissa näyttää mahdolliselta alentaa pilkottujen kuitujen pituutta ja tästä johtuen sivusuhdetta tekijällä 10 tai sen yli (verrattuna normaalissa matriisissa käytettyjen ideaalisiin ja todellisten pilkottujen kuitujen sivusuhteisiin), ja tämän mukaisesti käyttää hyväksi tätä alentunutta sivusuhdetta lisäämällä suurempia määriä kuituja yhdistelmämateriaaliin ja/tai varmistamalla parempi kuitujen järjestys valumateri-aalissa.

Edellä mainitut kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 2 käytetyt polypropyleenikuidut voidaan karakterisoida polypropyleenikuiduiksi, joiden ve- o tolujuus on vähintään 4000 kp/cm , kimmomoduuli vähintään 7-104 kg/cm2 ja murtovenymä enintään 8 %. Sellaisia kuituja voidaan valmistaa venyttämällä polypropyleenifilmiä vähintään suhteessa 1/15 filmin tullessa tällöin 10-60 μιη paksuiseksi, ja saattamalla venytetty materiaali 2-35 dtex kuitufilamenteiksi pyörivän neulan tai leikkurin avulla.

Tämä tekniikka on esitetty DE-patenttihakemuksessa P 28 19 794.6 sekä US-patentissa 4 261 754.

Tärkeimpien DSP-matriisin sisältävien muotokappaleiden joukossa ovat sellaiset kappaleet, joissa partikkelit B sisältävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtipartikkeleita, ja varsinkin sellaiset kappaleet, joissa partikkelit B oleellisesti muodostuvat Portland-sementistä. Tämä erittäin tärkeä ryhmä muotokappaleita (joiden lujuus on kuvattu esimerkissä) sisältää silikapölypartikkeleita 10-30 tilavuus-%, partikkelien A ja B kokonaistilavuudesta, ja hiekkaa ja kiviä lisämateriaalina muodostaakseen erittäin korkealaatuista laastia tai betonia mekaanisen lujuuden, pakkasenkestävyyden jne. suhteen, ja/tai kuituja, etenkin metallikuituja mukaanlukien teräskuidut, mineraalikuidut, lasikuidut, asbestikuidut, 35 H 8 4 5 9 korkeaa lämpötilaa kestävät kuidut, hiilikuidut ja orgaaniset kuidut mukaanlukien muovikuidut aikaansaaden kuituvah-visteisia tuotteita, joilla on yllä kuvatunlainen ainutlaatuinen kuitujen kiinnittyvyys. Mitä tulee kuituihin, jotka on altistettu kemialliselle rasitukselle, esimerkiksi voimakkaisiin aikalisiin olosuhteisiin saatetut lasikuidut, on tämän keksinnön tärkeä etu se, että sellaiset kuidut sekä materiaalin kovetuksen aikana että lopullisessa kovetetussa materiaalissa tulevat paljon paremmin suojatuiksi ympäristön vaikutuksia vastaan johtuen silikapölyn osittaisen liukenemisen aiheuttamasta alkalisen ympäristön neutraloitumisesta, ja johtuen mikrotiiviistä ultrahienojen partikkelien ja koherentin rakenteen muodostamasta verhosta kuitujen ympärille, mikä hyvin oleellisesti edistää staattisia olosuhteita lasikuidun ympäristössä etenkin välttäen alkalisen materiaalin sekoittumista kuitua vasten lopullisessa kovettuneessa materiaalissa.

Kun keksinnön mukaiset muotokappaleet ovat suuria, ne vahvistetaan mielellään teräksellä, kuten teräslangoilla, -sauvoilla, -verkoilla tai -kuiduilla. Esijännitetyissä DSP-matriisin sisältävissä konstruktioissa vahvikkeet ovat erittäin merkityksellisiä. Koska artikkelit voidaan muovata hyvin lievissä olosuhteissa, vahvikkeet säilyttävät geometrisen identiteettinsä muovausprosessin aikana. Ennestään tunnetussa tekniikassa oli tuskin mahdollista valmistaa kombinaatioita, joissa on yllä kuvatun matriisirakenteen lisäksi vahviketerästä, joka on säilyttänyt geometrisen identiteettinsä muovausprosessin aikana.

Sitovan matriisin lujuuden ja kuitujen ja sauvojen kiinnit-tyvyyden matriisiin lisääntyessä voimakkaasti on mahdol-: lista tuottaa uudenlaisia vahvistettuja ja kuitulujitteisia sementtipohjaisia artikkeleita ja materiaaleja: 1) Suuren vetolujuuden omaavia hauraita materiaaleja, jotka on saatu aikaan yhdistämällä korkealuokkaisia hienoja kuituja ja lastuja (suuren vetolujuuden ja kimmomoduulin 36 ;ι3 4 > 9 omaavia kuituja ja lastuja, esimerkiksi lasikuituja, hiilikuituja, asbestia, AljO^lastuja) väliaineessa suurena tilavuuskonsentraationa sidosmatriisiksi.

2) Suuren vetolujuuden ja verrattain suuren rasituskestä-vyyden omaavat puolihauraat materiaalit, jotka on saatu aikaan yhdistämällä korkealuokkaisia suhteellisen hienoja kuituja, joilla on korkea vetolujuus ja suhteellisen alhainen kimmomoduuli väliaineessa suurena tilavuuskonsentraationa sidosmatriisiksi (esimerkiksi lujat polypropyleenikuidut ja Kevlar-kuidut).

3) Korkealuokkaiset esijännitetyt vahvistetut artikkelit, joiden laatu on pääasiassa saatu yhdistämällä paljon suurempia tilavuuksia korkealuokkaisia terässauvoja tai vaije-reita kuin tavallisesti käytetään (lujiteainetilavuuden, joka voidaan käyttää hyväksi, ollessa suoraan verrannollinen matriisin puristuslujuuteen) tämän keksinnön mukaisissa uuden tyyppisissä matriiseissa. Tavallisessa esijännitetyssä betonissa esijännitetyn teräksen tilavuus on 1-2 % betonista.

Teräksen tilavuutta rajoittaa betonin puristuslujuus. Pu-ristuslujuuden lisääminen tekijällä 4 voitaisiin käyttää täysin hyväksi esijännitetyssä rakenneosassa varmistettaessa nelinkertainen taivutuskestävyys tai vähennettäessä rakenneosan korkeutta puoleen. ‘

Sellaiset rakenneosat vaatisivat epärealistisen korkeita esijännitetyn teräksen tilavuuksia (4-8 %). Olisi myöskin mahdollista soveltaa parannettua matriisimateriaalia paljon pienemmän poikkipinnan omaaviin esijännitettyihin artikkeleihin kuin perinteisissä esijännitetyissä betoneissa, samalla kun vastaavasti käytettäisiin hienompia esijännitettyjä vahvisteita (ohuita vaijereita). Huolimatta suuresta ominais-pinta-alasta, uusi tiivis matriisimateriaali suojaa vaijerit tehokkaasti kaikilta ympäristön vaikutuksilta.

37 H 3 4 5 9 4) Esijännittämättömät, vahvistetut betoniartikkelit, missä parempilaatuinen matriisimateriaali on ensisijaisesti hyödynnetty yhdistämällä paljon suuremman vetolujuuden omaavia terässauvoja tai vaijereita kuin mitä on tavallisissa teräsvahvisteisissa betoneissa. Käytettäessä suurempia määriä tavallisia valmisteita paremman laatuisen matriisin saamiseksi jouduttaisiin monissa tapauksissa käyttämään epärealistisen suuria määriä vahvisteita. Korkealaatuisten tavallisessa betonissa käytettyjen vahvikesau-vojen pinta on muotoiltu niin, että se varmistaa niiden kiinnittymisen betoniin (muovatut sauvat; harjateräs; tentorteräs jne.). Sellaisten sauvojen lujuus, 900 MPa, ei ole yhtä suuri kuin parhailla kylmävedetyillä sauvoilla ja vaijereilla, joita käytetään esimerkiksi esijännitetyssä betonissa, jonka lujuus on tyypillisesti 1800-2200 MPa. Toisaalta sileät vaijerit ja sauvat eivät varmista riittävää kiinnittymistä tavalliseen betoniin. DSP-matriisilla aikaansaatu voimakkaasti parantunut kiinnittyminen mahdollistaa hyvin lujien, sileiden teräsvaijerien ja sauvojen käytön esijännittämättöminä vahvisteina. Käytettäessä täydellisesti korkealaatuista terästä on suuresta rasituksesta ja siitä aiheutuvista säröistä - joita esiintyy betonissa (kuten tavallisessa vahvistetussa betonissa) - johtuen suositeltavaa käyttää yllä mainittua tekniikkaa rakenneosissa yhdessä hienojen lujiteaineiden kanssa särötyypin varmistuessa . . useiksi hienoiksi jakautuneiksi ohuiksi säröiksi.

Mainittu vahvistusmahdollisuus voidaan tietenkin kombinoida monilla tavoilla, esimerkiksi tekemällä ohut kuori puoli-hauraasta vahvistetusta materiaalista suureen kantavaan rakenneosaan, tai käyttämällä korkealuokkaisia teräsvaijereita toissijaisina vahvikkeina (asetettuna pääasiassa kohtisuoraan päävahvikkeeseen nähden) suurissa esijännitetyissä rakenne-osissa.

38 33459

Kun lujaa hiekkaa ja kiviä (materiaali C) sisällytetään matriisiin keksinnön edellä selostetun aspektin mukaan, niin tuloksena saatuja korkealaatuisia DSP-materiaaleja voidaan luonnehtia siten, että niillä on puristuslujuus enemmän kuin 150 MPa, sopivimmin enemmän kuin 180 MPa, mitattuna testi-kappaleelle, jonka halkaisija on 10 cm ja korkeus 20 cm, silloin kun suurimmat kompaktimuotoiset kappaleet ovat suurempia kuin 4 mm, ja enemmän kuin 180 MPa, mitattuna testikappaleelle, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus 6 cm, silloin kun suurimmat kompaktimuotoiset kappaleet ovat enintään 4 mm, edellyttäen, että muotokappaleella on ainakin yksi dimensio, joka on ainakin 1 metri, sekä poikkipinta ainakin 0,1 m2, ja/tai kompleksinen muoto, jota ei voida saavuttaa jauhepu-ristuksella.

Juoksevan rakenteen ominaisuudet: veden pidättäminen Lisäämällä erittäin hienojakoisia silikapartikkeleita, joi-den ominaispinta-ala on 250 000 cm /g, tiiviisti pakattujen, halkaisijaltaan noin 5 /zm olevien sementtipartikkelien välitiloihin, saavutetaan rakenne, jolla on parannettu vastustuskyky sisäistä massakuljetusta vastaan, joka massakuljetus esiintyy juoksevan aineen (kaasun tai nesteen) kuljetuksena partikkelien välissä sekä massadiffuusiona huokosissa olevaan nesteeseen.

Veden ulospuristuminen kyllästetyistä partikkelisysteemeistä on riippuvainen partikkelirakenteen kokoonpuristumisesta -joka tyypillisesti on riippuvainen siitä, tapahtuuko partikkelien välistä siirtymistä - sekä nestevirtauksesta partikkelien välisissä kanavissa.

Sementti -silika-vesi-suspensioiden muodostamisen yhteydessä on sisäinen nestekuljetus tuoreessa materiaalissa ratkaisevan tärkeää. Vastustuskyky nesteen viskoosista virtausta vastaan partikkelien välistä systeemeissä, joissa on geomet- 39 ',3499 risesti samanlaisia partikkeleita, vaihtelee kääntäen verrannollisena partikkelihalkaisijan neliöön.

Tämä merkitsee sitä, että painegradientin johdosta tapahtuvan nestekuljetuksen aika kahdessa geometrisesti samanlaisessa partikkeli-nestejärjestelmässä, joissa partikkeliko-kosuhde on 1/50, on 2500 kertaa pidempi hienojakoisessa systeemissä kuin 50 kertaa isompia partikkeleita sisältävässä systeemissä.

Samantapainen vaikutus aikaansaadaan täyttämällä isompien partikkelien välinen huokostilavuus erittäin hienojakoisilla partikkeleilla, koska vastustuskykyyn virtausta vastaan on ratkaiseva merkitys syntyvien partikkelien välisten kanavien poikkileikkausmitoilla. Partikkelikoon vaikutusta veden pidättämiseen on edelleen havainnollistettu kuvioissa 6, 7 ja 8. Nämä olosuhteet ovat hyvin tunnettuja, ja on myös tunnettua pienentää sisäistä nestekuljetusta sementti/vesijärjes-telmissä lisäämällä veteen ns. "sakeutusaineita" erittäin hienojakoisten partikkelien tai polymeerien, kuten Metocel-lin muodossa.

Johtuen kiinnittävien pintavoimien määräävästä vaikutuksesta ei ole kuitenkaan normaalisti mahdollista yhdistää 1) erittäin tiiviin sementtipakkauksen ja 2) erittäin hienojakoisten partikkelien käyttöä helposti juoksevassa vesisuspensiossa.

Äärimmäisen korkealla tehonotkistimen annostuksella on tämä kuitenkin mahdollista. Näin ollen voidaan valmistaa helposti juokseva sementtitahna, laasti ja betoni, jossa on tiiviisti pakattuja sementtipartikkeleita, ja joka sisältää 10-30 ti-lavuus-% silikapölyä, laskettuna sementin + silikapölyn määrästä, jolloin veden/sementin + silikapölyn painosuhde on "··.· 0,15-0,20.

40 3 3 4 S 9 Tämä aikaansaa useita etuja verrattuna tunnettuihin menetelmiin: 1. Erittäin juoksevan sementtituotteen valmistaminen ilman vuotoa (ns. "bleeding"-ilmiö).

Korkealaatuisen betonin ja laastin tunnetussa valmistuksessa, jossa käytetään suhteellisen suuria määriä tehonotkis-tinta, aikaansaadaan helposti juokseva massa, jossa on alhainen vesi/sementtisuhde (esimerkiksi 0,25). Massa kaadetaan muottiin, jossa se puristuu kokoon painovoiman vaikutuksesta sekä mahdollisesti myös mekaanisella täryttämisel-lä. Tässä prosessissa kuitenkin painavammat sementti, hiekka ja kivipartikkelit pyrkivät järjestäytymään vielä tiiviim-mäksi pakkaukseksi, kun taas vesi pakenee ylöspäin ns. vuotona ("bleeding"), vertaa kuvio 7.

Sellaisissa tunnetuissa järjestelmissä, joissa esiintyy hyvin tehokas sementin dispergointi, joka aikaansaadaan käyttämällä suhtellisen suuria määriä tehonotkistinta, havaitaan normaalisti selvää vuotoa alhaisesta vesi/sementtisuhteesta huolimatta - erityisesti silloin, kun prosessiin liittyy myös täryttäminen. Tämä ilmiö voi esimerkiksi olla kriittinen silloin, kun valetaan betoniteitä tehonotkistetulla betonilla, koska vuoto johtaa ylivuotavaan lietteeseen, jossa on korkeampi vesisisältö, ja tämän vuoksi se saattaa johtaa tien pintaan, jonka laatu on alhaisempi kuin tarkoitetun kulutuspinnan. Sisäinen veden erottuminen on myös kriittinen kun valetaan lujitettua betonia, joka sisältää tehonotkistinta. Veden erottuminen voi myös johtaa vuotoon lujituksen alapuolella, mikä vähentää lujituksen kiinnittymistä sekä suojaa kemiallista korroosiota vastaan.

Kun esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti lisätään erittäin hienojakoista silikapölypartikkeleita, esimerkiksi 10-15 %, joilla on edellä mainittu partikkelikoko, tiiviisti pakattujen sementtipartikkelien väliin sekä käyt- 4i ;'3 4 S 9 taen suurta annosta tehonotkistinta, saavutetaan ratkaiseva vuotoilmiön hidastus, vastaten teoriassa 100-1000 kertaa pienempää veden liikkumista (vertaa kuvio 8). Käytännössä tämä merkitsee sitä, että vältetään vuoto, kun otetaan huomioon, että kemiallinen rakennemuodostusprosessi normaalisti alkaa sekä kehittyy paljon nopeammin.

Ts. hyväksikäyttämällä edellä mainittua keksinnön periaatetta, jonka mukaan yhdistetään suuri tehonotkistimen annostelu silikapölyyn, tulee mahdolliseksi käytännössä valmistaa korkealaatuista erittäin juoksevaa betonia, laastia ja sement-titahnaa ilman vuotoilmiötä. Tämä on erityisen mielenkiintoista esijännitettyjen rakenteiden yhteydessä, missä edellä mainittuja periaatteita voidaan käyttää korkealaatuisen vuotamattoman helposti juoksevan injektointilaastin (täyttö-laastin) valmistamiseksi, joka laasti erinomaisen hyvin suojaa esijännitettyä lujitusta sekä varmistaa äärimmäisen hyvän mekaanisen kiinnityksen, vertaa tämän aspektin yksityiskohtaista selostusta jäljempänä.

2. Korkealaatuisten sementtituotteiden valmistamienen alhaisella jännityskentällä ja ilman nestekuljetusta ympäristöön.

*’ Valmistettaessa tiettyjä sementtituotteita, esimerkiksi as-bestisementtilaattoja, käytetään tunnetussa tekniikassa joko : liukuvalutekniikkaa (jossa ylimääräinen vesi puristuu ulos vesiliuoksesta suodattimien läpi, vertaa magnaaniprosessiin, jossa ulospuristuminen saadaan aikaan tyhjösysteemillä) tai pursottamalla korkeassa paineessa märkää jauhetta (jolloin on lisätty sovinnaista sakeutusainetta (Metocell) muutoin : tuskin vältettävissä olevan sisäisen vedenkuljetuksen vält tämiseksi ulostulossa sekä tästä johtuvan järjestelmän tukkeutumisen välttämiseksi partikkelien keskinäisen sidonnan johdosta) .

42 ;ί 3 4 S' 9

Esillä olevan keksinnön erään aspektin mukaan on mahdollista valmistaa tällaisia materiaaleja alhaisella jännitysalueella yksinkertaisilla valssausmenetelmillä tai pursotuksella ilman veden luovutusta ympäristöön, silloin kun lisätään suuri määrä tehonotkistinta massaan yhdessä erittäin hienojakoisten partikkelien kanssa.

Joskin saattaisi näyttää mahdolliselta käyttää vastaavia valssaus- tai pursotusmenetelmiä sementtimateriaaleilla, joihin on lisätty suuria määriä tehonotkistimia, mutta ilman samanaikaista erittäin hienojakoisten partikkelien käyttöä, mikä on esillä olevan keksinnön tälle aspektille tunnusomaista, on tällaisilla materiaaleilla - vaikkakin ne voidaan tehdä helposti juokseviksi pienellä vesi/jauhesuh-teella (mutta ei niin pienellä suhteella kuin erittäin hienojakoisten, hyvin dispergoitujen partikkelien avulla) -sementtipartikkelien suuremman koon johdosta selvä pyrkimys paikalliseen veden ulospuristumiseen jännitysalueilla, kuten valssien kohdalla tai pursottimen suulla, minkä seurauksena on partikkelien tukkeutuminen. Tätä on havaittu käytännön kokeissa, jotka on suoritettu laboratoriopursottimella käyttäen tehonotkistettua hienojakoista sementtiä sekä tehonot-kistettua tavallista sementtiä + lisäystä hienosta täyteaineesta, joka oli hienompaa kuin sementti mutta olennaisesti karkeampaa kuin edellä mainittu erittäin hieno silikapöly. Molemmissa tapauksissa materiaali käyttäytyi hiekan tapaan eikä sitä voitu pursottaa tukkeutumisen vuoksi.

Kun erittäin hienojakoista silikapölyä on sisällytetty te-honotkistettuun sementtijärjestelmään esillä olevan keksinnön periaatteen mukaisesti, hidastuu tällainen veden ulospu-ristuminen tekijällä, joka on suuruusluokkaa 100-1000 (laskettu teoreettisesti). Suuren määrän tehonotkistinta sisältävä sementti-silikamateriaali käyttäytyy sitkeän viskoosi-sesti pysyen koossa valssauksen aikana, kun taas vastaavat tehonotkistetut tuotteet ilman erittäin hienojakoista silikapölyä tyypillisesti käyttäytyvät kitkamateriaaleina, joil- 43 8 8 4 $ 9 la on taipumusta paikalliseen vedenulospuristumiseen ja siitä aiheutuvaan partikkelien tukkeutumiseen valssauksen tai pursottamisen aikana.

3. Helposti juoksevien, hyvän sisäisen koossapysymisen omaavien materiaalien valmistus.

Helposti juoksevat tehonotkistetut sementtimateriaalit, jotka sisältävät erittäin hienojakoisia silikapartikkeleita, ovat eräs DSP-periaatteen aspekti, ja niillä on paljon pa-rempisisäinen koossapysyminen kuin vastaavilla tehonotkiste-tuilla helposti juoksevilla sementtlaineilla, joissa ei ole erittäin hienojakoisia silikapartikkeleita. Oletetaan tämän aiheutuvan siitä, että paikallinen nestekuljetus, joka myötävaikuttaa erotukseen, on ratkaisevasti pienentynyt materiaaleissa, joissa on erittäin hienojakoisia silikapartikkeleita.

(Tämä ilmenee kuviosta 10, joka havainnollisesti esittää plastisen laastin nesteen sisäistä koossapysymistä. Alistaminen virtaavalle vedelle (4 litraa minuutissa) tyypillisesti 5-30 minuutin ajan ei johda havaittavaan materiaalien poishuuhtoutumiseen laastista.) Tällä tavalla saavutetaan useita etuja. On esimerkiksi saavutettu olennainen parannus jo esiintyviin mahdollisuuksiin valmistaa vedenalaista betonia yksinkertaisesti kaatamalla tuoretta betonia veteen.

Tämä tekniikka on sinänsä tunnettu ja sitä on erityisesti kehitetty yhdessä tehonotkistinlisäaineiden kanssa (ilman erittäin hienojakoista jauhetta). Yhdistettynä erittäin hienojakoiseen, hyvin dispergoituun silikäjauheeseen esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti on prosessi kui-... tenkin paljon houkuttelevampi ja sillä on vastaavasti laa- :jempia potentiaalisia käyttöaloja.

44 O 8 4 y 9

Vastustuskyky sisäistä nestekuljetusta vastaan kasvaa erittäin hienojakoisten partikkelien pakkauksen tiiviyden kasvaessa karkeiden partikkelien välitiloissa. Näin ollen on odotettavissa, että juoksevilla jauhemateriaaleilla, jotka muodostuvat hyvin dispergoidusta Portland-sementistä (s = 4000 cm /g) ja silikapölystä (s = 250 000 cm /g), olisi paljon parempi sisäinen koossapysyminen, parempi vastustuskyky sisäistä nestevirtausta vastaan ja vuotoa vastaan sekä parempi muokattavuus valssattaessa ja pursotettaessa 20-30 tilavuus-%:11a silikapölyä kuin 5-10 tilavuus-%:11a silikapölyä.

Esillä olevan keksinnön muita tärkeitä aspekteja ovat kanavien ja halkeamien täyttämiset kovetetulla täyttölaastilla.

Täyttölaasti muodostuu tavallisesti sementistä ja vedestä, yleensä sisältäen lisäaineita ominaisuuksien parantamiseksi. Kanavien täyttämisellä jälkeenpäin jännitetyissä betonielementeissä on kaksi päätarkoitusta; lankojen korroosion estäminen sekä esijännitetyn teräksen ja betonin välisen sidoksen aikaansaaminen. Kanaviin pumpattavan täyttölaastin tärkeimmät ominaisuudet ovat juoksevuus ja veden pidättäminen (pieni vuoto).

Juoksevuus on olennaisesti funktio vesi/sementtisuhteesta. Vesipitoisuuden laskiessa saadaan jäykempi ja huonommin juokseva sekoitus, ja tämä ilmiö on selvempi alhaisella ve-si/sementtisuhteella. Yleensä vesi/sementtisuhde on hyvässä täyttölaastissa välillä 0,35 ja 0,50. On olemassa joukko lisäaineita, kuten notkistintyyppiset dispergointiaineet, jotka parantavat juoksevuutta tietyllä vesi/sementtisuhteel-la, tai vaihtoehtoisesti pienentävät sitä vesi/sementtisuh-detta, joka tarvitaan korkea-asteisten juoksevuusominaisuuk-sien saavuttamiseen, mutta näiden vaikutus täyttölaastin muihin ominaisuuksiin, erityisesti vuototaipumukseen, rajoittaa usein niiden käyttöä.

45 ··. · 3 4 S' 9

Ennen kuin täyttölaasti kovettuu, saattaa sekoituksesta erottua vettä johtuen siitä, että kiinteät partikkelit ovat vettä raskaampia (ilmiö, jota usein kutsutaan "vuodoksi"). Tämä voi mm. aiheuttaa ei-toivottuja vesikoloja esijännitetyn teräksen alasivulla. Vuoto kasvaa kasvavalla vesi/se-menttisuhteella sekä kasvavalla määrällä dispergointiainetta (esimerkiksi juoksevassa sementtitahnassa, jossa on niin alhainen vesi/sementtisuhde kuin 0,25, joka on aikaansaatu suurella betonin tehonotkistimen annostuksella, tapahtuu hyvin alhaisesta vesi/sementtisuhteesta huolimatta selvää vuotoa). On saatavissa vuotoa estäviä lisäaineita, jotka antavat tiksotrooppisen sekoituksen, jossa ei esiinny käytännöllisesti katsoen mitään vuotoa. Kuitenkaan ei ole tähän asti missään näissä lisäaineissa esiintynyt korkean juokse-vuuden ja hyvin alhaisen vesi/sementtisuhteen yhdistelmää. Lisäksi useimmat näistä lisäaineista perustuvat selluloosa-eetteriin, joka huonontaa lujuutta sekä hidastaa kovettumista. Esillä olevan keksinnön mukaisella täyttölaastilla (esimerkiksi sementti-silika-Mighty-täyttölaastilla (Mighty on määritelty jäljempänä tässä selityksessä), jossa on vesi/se-mentti + silikapölysuhde 0,15-0,18) saavutetaan seuraava: 1) Tähänastista paljon tiiviimpi ja lujempi täyttölaasti, jolla on parannettu esijännitysteräksen kiinnittyminen (to- ‘ dennäköisesti vastaten tekijää 4-10, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkki 10) sekä teräksen korroosiosuojaa, jolloin 2) tämä täyttölaasti on äärimmäisen alhaisesta vesi/jau-hesuhteesta huolimatta helposti juokseva sekä sopiva pumpattavaksi kanavien sisään näiden täyttämiseksi käytännöllises- . : ti katsoen ilman vuotoa, jolloin lisäaineilla (erittäin hie- nojakoisilla epäorgaanisilla partikkeleilla, kuten silikapö-lyllä ja betonin tehonotkistimella) ei ole mitään haitallis-ta vaikutusta täyttölaastin kovettumiseen, päin vastoin 46 -3 45 9 3} saavutetaan erittäin korkea lujuus aikaisesssa vaiheessa.

Jälkijännitetyn betonin yhteydessä kanaviin injektoitavaksi tarkoitettu täyttöaine ei normaalisti sisällä karkeampia partikkeleita (hiekkaa), koska tämä huonontaisi massan juok-sevuutta. Esillä olevan keksinnön mukaisesti voi täyttöaine samoin kuin sovinnainen täyttöaine olla ilman hiekkasisältöä tai muita lisäaineita. Esillä olevan keksinnön mukaisen juoksevan massan voimakkaasti parannettu koossapysyminen ilman vuotoa mahdollistaa hiekan lisäämisen täyttölaastiin ja siten vielä jäykemmän kovetetun rakenteen aikaansaamisen, samalla kun täyttölaasti säilyy helposti juoksevana. On esitetty koe (kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkki 11), jossa juoksevaa koossapysyvää sementtisilika-laastia, joka sisälsi hiekkaa 4 mm:iin asti, helposti kaadettiin noin 2,5 m pitkään hyvin kapeaan kanavaan (halkaisija 18 mm), pääasiallisesti painovoiman vaikutuksesta, jolloin saatiin aikaan hyvin tiivis rakenne.

Samalla tavalla mahdollistaa keksintö myös olennaisesti parannetun pakatun betonin valmistamisen (jossa etukäteen järjestettyjen kivien väliin täytettiin juoksevaa laastia). Parannusta, joka aikaansaadaan esillä olevan keksinnön mukaisella vuotamattomalla, erittäin juoksevalla laastilla, voidaan käyttää sekä kuivavalussa että vedenalaisessa valussa.

Eräässä erikoisessa menetelmässä täyttömateriaalin injektoimiseksi varmistetaan sekä hyvä ahtaitten tilojen täyttö (tyypillisesti pastalla) että karkeampien partikkelien välisten suuritilavuuksisten onteloiden täyttö (tyypillisesti betonilla) kaksivaiheisessa prosessissa alkaen laastilla ja lopettaen betonilla.

47 ' 3459

Valmistusmenetelmät

Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusomaiset piirteet on esitetty edellä ja ne on myöskin määritelty oheisessa patenttivaatimuksessa 1.

On huomattavaa, että joskin tehonotkistimen määrä on määritelty vaatimuksessa 1 esittämällä ehdot, joiden on oltava täytettynä, jotta määrä olisi riittävä partikkelien disper-goimiseksi alhaisella jännityskentällä (mikä, ts. ilmaistuna, merkitsee erinomaisen suuren tehonotkistimen määrän käyttöä), niin tämä ei merkitse sitä, että yhdistelmämate-riaalia välttämättä käytettäisiin alhaisella jännityskentällä; sitä voidaan käyttää korkeammassa jännityksessä. Artikkeleita, jotka sisältävät tiiviisti pakattuja erittäin hienojakoisia partikkeleita, aikaansaadaan yhdistelmämate-riaalista, jossa partikkeleita A on läsnä tilavuudessa, joka olennaisesti vastaa tiivistä pakkausta, partikkelien B välisten onteloiden täyttämiseksi kun nämä ovat tiiviisti pakattuja.

Tehonotkistinta on läsnä määrä, joka on riittävä mahdollistaakseen partikkelien A tiiviin pakkauksen alhaisella jän-nityskentällä alle 5 kg/cm , sopivimmin alle 100 g/cm , ja . ’·· ideaalinen määrä tehonotkistinta on se, joka olennaisesti vastaa sitä määrää, joka täysin täyttää partikkelien A pinnan. Kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 kuvio 1 esittää erittäin hienojakoisia silikapartikkeleita, jotka on peitetty tehonotkistimen "Mighty" kerroksella, jonka te-honotkistimen koostumusta selostetaan jäljempänä. Edellyttäen, että tehonotkistin absorboituu yhdenmukaisena kerrok-. . sena silikapallojen pintaan, oli laskettu paksuus hakijan omien kokeilujen perusteella 25-41 Ä, vastaten tilavuutta 14-23 % pallojen tilavuudesta. On huomattava, että ylimäärä tehonotkistinta sen määrän lisäksi, joka täysin täyttää erittäin hienojen partikkelien pinnan, ei ole edullinen ja se pyrkii vain täyttämään enemmän tilaa yhdistelmämateriaa-lissa.

48 ο 3 4 S 9

Mitä tahansa tyyppiä oleva betonin tehonotkistin, joka riittävässä määrin dispergoi systeemin alhaisella jännitys-kentällä, on sopiva keksinnön mukaiseen tarkoitukseen. Erittäin arvokkaiden tulosten aikaansaamiseksi Portland-sementtiin perustuvissa järjestelmissä käytetty, esimerkeissä selostettu betonin tehonotkistin on sitä tyyppiä, joka sisältää pitkälle kondensoituneen naftaleenisulfoniha-pon/formaldehydin kondensaatin alkali- tai maa-aikaiimetai-lisuoloja, erityisesti natrium- tai kaliumsuolaa, jossa kondensaatissa tyypillisesti enemmän kuin 70 paino-% muodostuu 7 tai useampia naftaleeniytimiä sisältävistä molekyyleistä. Eräs tämän tyyppinen kaupan oleva tyyppi on nimeltään "Mighty" ja sitä valmistaa Kao Soap Company, Ltd., Tokio, Japani. Keksinnön mukaisissa Portland-sementtiin perustuvissa silikapölyä sisältävissä yhdistelmämateriaa-leissa käytetään tämän tyyppistä betonin tehonotkistinta niin suuressa määrässä kuin 1-4 paino-%, erityisesti 2-4 paino-%, laskettuna Portland-sementin ja silikapölyn yhteisestä painosta.

Muun tyyppiset betonin tehonotkistimet, joita voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaiseen tarkoitukseen, ovat seuraavat:

Lomar-D Betonin tehonotkistin, jolla on sama koostumus kuin Mightyllä, ja jota valmistaa Diamond Shamrock Chemical Company, N. Jersey, USA Melment Anioninen melamiinihartsiliuos

Betokem Naftaleeni- ja lignosulfonaattipohjainen sulfoni-happoformaldehydikondensaatti

Sikament Naftaleenipohjäinen sulfonihappoformaldehydikonden-saatti

Edellä selostettua tyyppiä olevat Portland-sementtiin perustuvat yhdistelmämateriaalit sisältävät usein lisäksi sopivaa kokoa ja kokojakautumaa olevia hienoja partikkeleita yhdessä 49 θ3499

Portland-sementtipartikkelien kanssa, kuten hienoa hiekkaa, lentotuhkaa ja hienoa kalkkia, vielä tiiviimpien binääristen rakenteiden aikaansaamiseksi partikkeleista B edellä selostettujen periaatteiden mukaisesti.

Silmällä pitäen sekä sen erinomaisia muotoilu- ja käsittely-ominaisuuksia, joita on edellä selostettu sekä havainnollistettu yksityiskohtaisemmin esimerkeissä, että sen kykyä varovasti kiinnipitää ja valmiiksi muotoillussa tilassa tehokkaasti mikrolukita tai mikrosulkea sisänsä kaikki lisätyt lisäkappaleet, yhdistelmämateriaali omaa ainutlaatuiset edulliset ominaisuudet, jollaisia ei ole aikaisemmin saatu aikaan eikä ilmoitettu millekään materiaalille, ja näin ollen nämä uudet ja erinomaiset käyttökelpoiset yhdistelmänä -teriaalit muodostavat esillä olevan keksinnön tärkeimpiä kohteita.

Mielenkiintoisia uusia yhdistelmämateriaaleja ovat Portland-sementtiin perustuvat materiaalit, jotka sisältävät lisäkappaleina kappaleita, jotka on valittu ryhmästä, joka muodostuu polystyreenikappaleista, mm. polystyreenikuulista, laajennetusta savesta, ontoista lasikappaleista, mm. ontoista lasikuulista, laajennetusta savikivestä, perliitistä, luonnollisesta kevytkivestä, kaasukuplista, kuiduista, mm. metal likuiduis ta, kuten teräskuiduista, muovikuiduista, lasikuiduista, Kevlar-kuiduista, asbestikuiduista, selluloosa-kuiduista, mineraalikuiduista, korkealämpötilakuiduista ja lastuista, mm. epäorgaanisista epämetallilastuista, kuten grafiittilastuista ja A1203-lastuista ja metallilastuista, kuten rautalastuista, painavista komponenteista, kuten ba-. . ryytistä tai lyijystä tai lyijyä sisältävästä mineraalista, ja vetypitoisista komponenteista, kuten ontoista vedellä täytetyistä partikkeleista.

Esillä olevan keksinnön mukaisia tärkeitä yhdistelmämateriaaleja ovat materiaalit, joissa partikkelit A ovat silikapö-lypartikkeleita, joilla on ominaispinta-ala noin 50 000 - so o 3 4 S 9 2 000 000 cm2/g, erityisesti noin 250 000 cm2/g, ja partikkelit B käsittävät vähintään 50 paino-% Portland-sementtiä.

Edellä selostettujen periaatteiden mukaisesti on keksinnön mukaisten muotokappaleiden valmistamiseksi tarkoitetulla yhdistelmämateriaalilla erittäin alhainen suhde veden ja sementin sekä mahdollisesti muiden partikkelien B + silika-pölyn välillä, tämän suhteen ollessa 0,12-0,30 painon mukaan, sopivimmin 0,12-0,20 painon mukaan, ja silikapölyä on mukana 10-30 tilavuus-%, laskettuna partikkelien A + B yhteisestä tilavuudesta.

Keksinnön erään erikoisen kohteen mukaisesti pakataan ja toimitetaan yhdistelmämateriaali kuivana jauheena, jolloin nesteen, tyypillisesti veden lisäys suoritetaan käyttöpaikalla. Tässä tapauksessa on tehonotkistin mukana kuivassa tilassa yhdistelmämateriaalissa. Tällä yhdistelmämateriaa-lin tyypillä on se etu, että yhdistelmämateriaali voidaan tarkasti punnita sekä sekoittaa valmistajan toimesta, jolloin lopullisen käyttäjän tarvitsee vain lisätä ilmoitettu nestemäärä ja suorittaa lopullinen sekoittaminen ohjeiden mukaan, esimerkiksi sillä tavalla, jota on selostettu kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 11.

On huomattava, että patenttivaatimuksessa 1 mainittu alhaisen jännityksen kenttä määrittelee käytettävän tehonotkis-timen määrää eikä välttämättä tarkoita sitä, että prosessi todellisuudessa suoritetaan alhaisella jännityskentällä. Kuitenkin se tosiasia, että se voidaan suorittaa alhaisella jännityskentällä, muodostaa prosessin erään tärkeän edun, ja sopivia alhaisen jännityksen kenttiä (jotka ovat sopi-vasti alle 5 kg/cm ja sopivimmin alle 100 g/cm ), joita käytetään massan muovaamiseksi ovat: massaan vaikuttavat painovoimat, kuten valetun pehmeän massan itselevittäytymi-nen, tai massaan vaikuttavat hitausvoimat, kuten keskipako- 51 κ 3 4 5 9 valussa, tai kosketusvoimat, kuten kokoonpuristaminen, valssaus tai pursotus, tai kaksi tai useampia samanaikaisesti vaikuttavia edellä mainittuja voimia, kuten yhdistetty täryttäminen ja kokoonpuristaminen. Myös voidaan käyttää taajuudeltaan alueella 0,1-10® Hz olevia värähtelyvoimia massan muovaamiseksi, jolloin värähtelyvoimat ovat edellä selostettua tyyppiä, kuten mekaanisen tai hydraulisen täryt timen aikaansaamia voimia, tai tällaiset värähtelyvoimat voidaan yhdistää värähtelemättömiin voimiin, kuten yhdistetty täryttäminen ja kokoonpuristaminen.

Tehonotkistin lisätään usein yhdessä veden kanssa, niin että itse asiassa lisätään tehonotkistimen vesiliuosta, mutta keksinnön puitteissa voidaan myös lisätä vettä erikseen tehonotkistimen liuoksesta, jolloin tehonotkistin yhdistyy veteen sekoitusprosessissa. On tunnusomaista, että edellä mainitun määritelmän mukainen sekoitus on luonteeltaan "kuiva" sekoitusvaiheessa, kunnes se muuttuu paksujuoksuiseksi plastiseksi massaksi, tämän "kuivuuden" johtuessa alhaisesta nestesisällöstä.

Keksinnön mukaisten muotokappaleiden valmistamiseksi käytettävä valmistustekniikka on luonnollisesti sovitettava kyseessä olevalle yhdistelmämateriaalin tyypille sekä kyseessä olevalle muotokappaleen tyypille. Kuitenkin on olemassa joitakin yleisiä ohjeita: 1) Matriisin jauheiden (partikkelit A ja B) olisi sopivi-min oltava esillä mahdollisimman hyvin dispergoituna ennen sekoitusta keskenään. Jos dispergointi kuivassa tilassa on . . epätyydyttävä, ts. jos partikkelit A ovat kasaantuneet, voi daan käyttää jonkinlaista dispergointikäsittelyä, kuten jauhatusta.

: 2) Sekoituksen täytyy varmistaa kiinteiden partikkelien A

ja B homogeeninen keskinäinen jakautuminen. Tämä voidaan . . aikaansaada kuivasekoituksella tai kostealla sekoituksella, 52 -J 3 4 S 9 jolloin valmiiksi sekoitettu neste ja joko partikkelit A tai partikkelit B sekoitetaan kyseessä olevan jäljelle jääneen partikkelityypin kanssa. Sekoitusvaihe voidaan suorittaa yhdessä lisäaineiden kanssa tai ilman niitä.

3) Nesteen lisääminen joko kuivasekoitettuun jauheeseen (partikkeleihin A + B) tai joko partikkeleihin A tai partikkeleihin B silloin kun kyseessä on kostean lietteen esi-sekoittaminen, kuten on mainittu kohdassa 2), voidaan suorittaa joko lisäämällä jauhe nesteeseen (sopivasti voimakkaasti mekaanisesti sekoittaen) tai lisäämällä neste jauhe-massaan (sopivasti voimakkaasti mekaanisesti vaivaamalla). Sen, mitä näissä menetelmissä tulisi käyttää, sanelee lähinnä kokemus. Tällä hetkellä kuitenkin uskotaan, että valmistettaessa suhteellisen helposti juoksevaa massaa hyvin dispergoidusta jauheesta, on helpoin menetelmä suorittaa sekoittaminen lisäämällä hyvin dispergoituvaa jauhetta hämmennettyyn nesteeseen, nestemeniskuksen välttämiseksi partikkelien välissä, mikä voisi tapahtua päinvastaisessa prosessissa, jos pieniä nestemääriä lisätään jauheeseen. Jos toisaalta huonosti dispergoitua erittäin hienoa jauhetta lisätään hämmennettyyn nesteeseen, jauhe ei dispergoidu tyydyttävästi hämmennyksen aikaansaavilla voimilla, vaikkakin lisättäisiin tehonotkistinta. Tässä tapauksessa nesteen lisääminen jauheeseen samalla voimakkaasti vaivaten on suositeltavaa, koska vaivaaminen yhdessä tehonotkistimen kanssa saattaa johtaa huomattavaan dispergointivaikutukseen. Esimerkeissä (jotka perustuvat Portland-sementtiin + sili-kapölyyn), on käytetty menetelmää, jossa lisätään nestettä jauheeseen samalla vaivaten/sekoittaen (suhteellisen vaati-mattoman leikkausvoiman ollessa noin 100-1000 g/cm ) . Useimmille juokseville aineille (laastille ja betonille, jossa vesi/(sementti + silikä)-suhde painon mukaan on 0,18-0,20) uskotaan, että päinvastaista tekniikkaa olisi yhtä hyvin voitu käyttää. Jäykemmille massoille (pursotettaviksi tarkoitetuille tahnoille, jotka sisältävät kuituja ja joissa vesi/(sementti + silika)-suhde painon mukaan on 0,13- 53 8 3 4 99 0,15) uskotaan kuitenkin, että päinvastainen tekniikka ei olisi lainkaan toiminut; näissä tapauksissa tapahtui tärkeä osa sekoittumisesta pursottimessa, jossa tapahtui voimakas Λ vaivaaminen (alueella 1 kg/cm ).

4) Tehonotkistinta ei välttämättä lisätä nesteeseen liuoksena (sitä voidaan lisätä jauheena tai sekoittaa kuivassa tilassa yhdessä partikkelien A ja B kanssa). Joissakin järjestelmissä on edullista kostuttaa partikkelien pintaa osalla nestettä ennen tehonotkistimen sisältävän liuoksen lisäämistä, kuten suositellaan tunnetussa tekniikassa tehonotkistettujen Portland-sementtisuspensioiden suhteen. Tätä tehtiin myös niissä sementtisilikakokeissa, joita on selostettu kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkeissä, esimerkkiä 11 lukuunottamatta. Kannattaa huomata, että erittäin tiiviin vesisekoituksen sekoitusaika voi kasvaa ratkaisevasti verrattuna sovinnaiseen sekoittamiseen. Tämä oli erityisesti asianlaita suhteellisen jäh-meille sekoituksille (pursotettu tahna, jossa vesi/(sementti + silikapöly)-suhde oli 0,13-0,15, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkki 2), sekä keski-jähmeille sekoituksille vesi/(sementti + silikapöly)-suhde 0,15-0,16, vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkit 3 ja 9, jossa tarvittiin sekoitus-aikaa suunnilleen 15 vastaavasti 5 minuuttia, konsistenssin ' muuttamiseksi melkein kuivasta luonteesta kosteaan vastaa vasti nestemäiseen ja viskoosiseen massaan. Betonille, jos-sa vesi/(sementti + silikapöly)-suhde oli 0,18, saatiin myös pidempi sekoitusaika, mutta tämä ei ollut niin selvä :kuin systeemeille, joissa oli hyvin alhainen vesi/jauhesuh-de. Uskotaan, että tehonotkistimen molekyylien paikallinen : kuljetus tiiviisti pakattujen kiinteiden partikkelien pin- noille ja pintojen välistä on prosessin aikaa kuluttava tekijä (tämän kuljettamisen ollessa sitä vaikeampaa, mitä pienempi vesi/jauhesuhde on). Materiaalin konsistenssi on erittäin herkkä nestemäärälle. Näin ollen hyvin pienet lisämäärät nestettä voivat muuttaa konsistenssin jähmeästä 54 8 8 4 9 9 tahnamaisesta helposti juoksevaan muotoon. Tehonotkistetus-sa sementtisilikasekoituksessa voidaan tämä muutos saada aikaan muuttamalla vesi/(sementti + silikapöly)-suhde arvosta 0,14 arvoon 0,18.

Tehonotkistimen lisääminen kuivana jauheena kuivaan sekoitukseen ennen veden sekoittamista näyttää olevan yhtä arvokas tapa valmistaa keksinnön mukaista valumassaa. Tämä osoitettiin kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkissä 11, jossa tätä menetelmää käytettiin, johtaen laastiin, jolla oli olennaisesti sama juoksevuus ja luonne kuin melkein samoista komponenteista tehdyllä, mutta edellä selostetun mukaisesti sekoitetulla, jolloin tehonotkistinta lisättiin liuoksena esikostutettuun sekoitukseen (vertaa kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 esimerkki 9, sekoitusnumero 1).

Jokaisessa määrätyssä järjestelmässä on olemassa taso, jolla järjestelmä on kyllästetty tehonotkistimella ja jonka ylittäminen lisäämällä edelleen tehonotkistinta ei tuota mitään lisävaikutusta. Tämä kyllästyspiste nousee laskevan vesi/-(sementti + silikapöly)-suhteen mukaan. Tämän tason yläpuolella materiaali ei ole herkkä tehonotkistimen määrälle.

5. Kappaleiden C ja mahdollisesti D lisääminen voidaan suorittaa missä tahansa toimintavaiheessa, kuten kuivasekoi-tuksen aikana tai kostean sekoituksen jälkeen jne. Erityisissä tapauksissa suositeltava käytettävä tekniikka riippuu kappaleiden C ja D luonteesta ja valitaan kokemuksen perusteella. Betonin ja laastin ollessa kyseessä, on tärkeätä varmistaa suhteellisen tiivis lisätyn hiekan ja kiven pakkaus, jotta varmistetaan suhteellisen pienen välitilan täyttäminen keksinnön mukaisella tiiviillä sideainematriisilla. Kun lisätään hienoja kuituja, voidaan käyttää tavallista tekniikkaa kuten täryttämistä/sekoittamista, hämmentämistä ja sekoittamista vaivaamalla. Kun lisätään jatkuvia kuituja tai filamentteja tai etukäteen järjestettyjä kuituja, kuten 55 3 3 4x9 kuituverkkoja tai kudoksia, tunnetun tekniikan mukaisesti, voidaan saavuttaa arvokas kuitujen orientaatio tai kuitujen järjestely. Hyvin yleisesti voidaan käyttää samaa tekniikkaa lisäkappaleiden sisällyttämiseksi keksinnön mukaiseen matriisiin kuin tunnettuihinkin matriiseihin, mutta johtuen partikkelien välisten lukitsevien pintavoimien olennaisesta puuttumisesta on yleensä helpompaa saavuttaa tehokas sisällyttäminen.

6. Valaminen, samoin kuin kokoonpuristuminen voidaan saada aikaan edellä mainituilla alhaisilla jännityskentillä. Uudentyyppinen materiaali on sopiva kuljetettavaksi pumppaamalla johtuen vuotoilmiön olennaisesta puuttumisesta sekä massan viskoosisesta luonteesta. Koska valumassa kuitenkin koostuu partikkelimaisesta aineesta, jossa ei käytännöllisesti katsoen esiinny mitään kiinnitysvoimia yksittäisten partikkelien välissä, voi täryttäminen ja erikoisesti kor-keataajuinen täryttäminen voimakkaasti edesauttaa valamista, koska vierekkäisten partikkelien keskinäinen siirtyminen värähtelyn johdosta tuntuvasti helpottaa juoksemista.

7. Keksinnön mukaisen materiaalin kovettuminen poikkeaa vähemmän tiiviisti pakattuihin matriiseihin perustuvien vas- ' ’* taavien artikkelien kovettumisesta kahdessa suhteessa: : Ensinnäkin, koska rakenne on tiiviimmin pakattu, on kovettu- minen nopeampaa (aikaisessa vaiheessa luja). Toiseksi voidaan kovettumiseen vaikuttaa suhteellisen suurella tehonot-kistimen määrällä, mikä on välttämätöntä tietyn rakenteen aikaansaamiseksi. Portland-sementti-silika-Mighty-systee-meissä saavutettiin nopea lujuus mutta voitiin havaita kohtuullinen kovettumisen hidastus (4-8 tuntia). Kyseisissä Portland-sementti-silikä-Mighty-systeemeissä voitiin osoit-... taa, kuten oli ennustettavissa muodostuvasta kalsiumsili- kaattihydraattirakenteesta, että erinomaisen hyvä laatu voi- 56 8 8 4 S 9 tiin saavuttaa kovettamalla sekä noin 20°C:ssa, 80°C:ssa että 200°C:ssa (autoklaavi), mikä merkitsee sitä, että uusi matriisi on käyttökelpoinen sovinnaiselle alhaisessa lämpötilassa tapahtuvalle kovettamiselle, lämpökovettamiselle ja autoklaavikäsittelylle. Lämpökovettaminen (joka normaalissa betonissa johtaa hieman huonompaan lujuuteen kuin kovettaminen alhaisessa lämpötilassa) on todennäköisesti lupaavin kovettamistekniikka esillä olevan keksinnön materiaalille.

Kuten on edellä selostettu, prosessiin lisättävä nestetila-vuus on sopivimmin sellainen, että olennaisesti mitään nestettä ei karkaa massasta muotoilemisprosessin aikana, mikä johtaa useampiin etuihin verrattuna tunnettuihin menetelmiin, joissa nestettä, tyypillisesti vettä, poistetaan massasta muotoilemisprosessin aikana, tyypillisesti jonkinlaisen suodatinpuristusoperaation kautta.

Joskin keksinnön mukaisen prosessin voidaan sanoa käsittävän kokonaan uuden teknologian, voidaan sitä myös pitää jo olemassa olevan teknologian arvokkaana muunnelmana. Kun esimerkiksi valmistetaan kuitusementtituotteita mangaaniprosessin mukaisesti, suoritetaan muotoileminen (laimennetusta sement-ti/kuitu/vesiliuoksesta) valssauksella, samanaikaisesti poistamalla vettä imemällä. Kun lisätään erittäin hienojakoisia partikkeleita sekä erittäin suuria määriä tehonotkis-timia esillä olevan keksinnön periaatteiden mukaisesti käsiteltävään massaan, voidaan näitä tunnettuja teknologioita muunnella niin, että tuotetaan pursottamalla tai valssaamal- Λ la muotoilemispaineella 100 kg/cm asti, (vielä tiiviimpi) 57 8 8 459 materiaali viskoosisesta/plastisesta massasta, jolla on jo lopullinen alhainen vesisisältö, niin että mitään vettä tai olennaisesti mitään vettä ei poisteta massasta muotoilemis-prosessin aikana, ja tämän johdosta mitään imujärjestelyä ei tarvita.

Kuten edellä on osoitettu, voidaan lisäkappaleet D (kuten kappaleet C ja jossakin määrin kappaleet B) lisätä prosessin eri vaiheissa, ja nämä lisäkappaleet D ovat tyypiltään erilaisia, kuten on selostettu yksityiskohtaisesti edellisessä tekstissä, ainoan rajoituksen ollessa luonnollisesti se, että joitakin lisäkappaletyyppejä, kuten lujitustankoja tai lankoja esijännitetyssä betonissa voidaan sisällyttää ainoastaan valuvai-heessa eikä aikaisemmassa vaiheessa.

Ainutlaatuisia parannettuja mahdollisuuksia upotetussa, erityisesti vedenalaisessa rakentamisessa käsittävät esillä olevan keksinnön tyyppisen sementtitahnan, laastin tai betonin kaataminen koossapysyvänä massana nesteeseen, erityisesti meriveteen satamaan tai järveen, jolloin annetaan massan syrjäyttää osan nesteestä sekä muotoutua koossapysyvänä massana.

Muita mahdollisuuksia käyttää viskoosisen tai plastisen massan erinomaisia muokattavuusominaisuuksia ovat artikkelien muokkaaminen suihkuttamalla, maalaamalla tai harjalla levittämällä kerroksien muodostamiseksi muille artikkeleille, tai artikkelin muodostaminen kerroksittain, massakerroksen injektoiminen tai levittäminen yksinkertaisesti käsin pinnalle sekä massan muotoileminen pinnan muodon mukaan. Keskipakovalu-tekniikka on toinen houkutteleva muotoilemismenetelmä joka on käytännöllinen esillä olevan keksinnön mukaisen prosessin yhteydessä.

Samalla tavalla kuin mitä on selostettu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047 voidaan esillä olevan keksinnön mukaisia artikkeleita edelleen alistaa kyllästymiselle niiden lujuuden kasvattamiseksi edelleen sekä niiden 58 834S9 ominaisuuksien parantamiseksi. Suositeltavat materiaalit ja menetelmät kyllästämisen suorittamiseksi ovat samat kuin mitä on selostettu kansainvälisessä patenttihakemuksessa PCT/DK79/00047.

Kun partikkelit A on pakattava tiiviisti esillä olevan keksinnön mukaisiin materiaaleihin, ovat ne sopivimmin kokoluokkaa 200 Ä - noin 0,5 μπι.

Kun esimerkeissä käytetyt partikkelit A olivat Si02-partikkeleita, jotka oli muodostettu höyryfaasista (piimetallin valmistuksen yhteydessä sähköuunissa), voidaan myös käyttää muita erittäin hienoja Si02:ta sisältäviä partikkeleita, erityisesti kansainvälisessä patenttihakemuksessa PCT/DK79/00047 mainittuja partikkeleita. Keksinnön mukaisesti ovat kuitenkin höyryfaasissa muodostuneet partikkelit suositeltavia.

Valaminen pintojen viereen tai väliin

Betonin, laastin ja vastaavien materiaalien uusi sovellutus on tullut mahdolliseksi esillä olevan keksinnön sekä kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 mukaisilla erittäin lujilla, huoneen lämpötilassa muovattavilla materiaaleilla, nimittäin artikkelien varustaminen ulkopuolisella kuorella sekä sisäosalla, joka on kokonaan tai osittain täytetty esillä olevan keksinnön ja kansainvälisen patenttihakemuksen PCT/DK79/00047 mukaisilla lujilla materiaaleilla (betoni, laasti, tahna jne., lujitettu tai lujittamaton).

Tämä tekee mahdolliseksi artikkelien toivottujen erityisten pintaominaisuuksien (kemialliset, optiset, termiset, mekaaniset, magneettiset jne.) yhdistämisen hyviin yleisiin ominaisuuksiin (erityisesti korkeaan mekaaniseen lujuuteen ja 59 8 S 4 S- 9 jäykkyyteen) sekä yksinkertaiseen valmistustekniikkaan (erillinen kuoren valmistaminen ja jälkeenpäin tapahtuva juokseva betonin, laastin tai tahnan lisääminen). Tämä muodostaa esillä olevan keksinnön erityisen kohteen.

On olemassa lukuisia etuja ja potentiaalisia etuja erillisten onttojen kuorien valmistamisen yhteydessä, jotka kuoret kokonaan tai osittain täytetään esillä olevan keksinnön sekä kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 mukaisilla materiaaleilla: 1. Artikkelien pintojen (kuorien) valmistaminen voi tapahtua riippumatta sisäisen, kuormaa vastaanottavan lujitetun sydämen valmistuksesta, ts. ympäristöissä (lämpötilan, paineen, ulkopuolisten tekijöiden jne. suhteen), jotka eivät ole rajoitettuja sisäpuolisen sydämen asettamilla vaatimuksilla (muovin pursottaminen,lasin tai keraamisten kuorien valmistus jne.).

2. Voidaan valmistaa hyvin suuria ohutseinäisiä kappaleita, joissa on monoliittinen lujit.ettu kuormaa vastaanottava sydän. On esimerkiksi mahdollista valmistaa pitkiä putkenpituuk-sia niin, että putken seinämässä on luja vahvistettu sydän (esimerkiksi merenpohjaa pitkin asennettavissa linjoissa, joissa ontoilla muovia tai muuta ainetta olevilla seinämillä varustettuja putkia asetetaan oikein, täytetään välitilat kivellä ja vahvistuksella, sen jälkeen täytetään putket tahnalla tai laastilla kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 tai esillä olevan keksinnön mukaan injektoimalla) .

Muita kappaleita, joita voidaan valmistaa tällä tavalla, ovat alusten rungot, suuret rakennusosat, tunnelien vuoraukset ja sentapaiset.

3. Muovaustyö on yksinkertaisempaa kuin rakenteissa, joissa kuormaa vastaanottava lujitettu betoni tai laasti ensin valmistetaan erityismuotissa ja sen jälkeen varustetaan pintaa 60 ·.: 3 4 S' 9 materiaalilla. Esillä olevan keksinnön tämän aspektin periaat teiden mukaisesti pintapäällykset toimivat suojina.

Rakenteen muodostuminen

Portland-sementtiperustaisten DSP-matriisien kovettumis- kutistuma__

Kovettuessaan sementtiperustaisen DSP-materiaalin tilavuus pienenee, kuten tavallisen sementtiseoksen. Tilavuuden pieneneminen on huomattavasti suurempi uudella sideaineella, 2 %, kun se tavanomaisella sementtiseoksella on 0,5-1 %.

Tämä kutistuminen saattaa aiheuttaa ei-haluttuja halkeamisia ja muodonmuutoksia.

Tilavuuden pieneneminen johtuu siitä, että vettä kuluu kemiallisen rakenteen syntyessä ja että syntyneillä reaktiotuotteilla on pienempi tilavuus kuin niillä komponenteilla, joista ne syntyvät. Tämä aiheuttaa sisäisiä ontelolta ja täten sisäisiä nestemeniskejä, mikä aiheuttaa vetojännityksiä nestefaasiin, jotka puristavat jauhemassaa kokoon. Mitä hienompaa jauhemateriaali on, sitä suurempia ovat meniskeistä johtuvat vetojännitykset ja täten supistusvoimat. Käytettäessä jauhetta, joka on 50-100 kertaa hienompaa kuin sementti, supistusvoimat ovat tästä syystä huomattavasti suuremmat kuin tavanomaisessa sementtiseoksessa.

Tämä on tunnettua esimerkiksi maan kuivattamisesta, jolloin hienon saven tilavuus pienenee selvästi, kun taas karkean hiekan tilavuus ei mainittavasti muutu. Tilavuuden pieneneminen on myös suuressa määrin riippuvainen kovettumisessa syntyvistä hydrataatiotuotteista, esimerkiksi kalsiumsili-kaattihydraatista, etenkin niiden kyvystä synnyttää sisäistä kutistumisjännitystä, kun vähemmän lujasti sitoutunutta vettä siirtyy käytettäväksi muualla hydrataatioprosessissa.

Voidaan käyttää tai suunnitella erilaisia varokeinoja sideaineen tilavuuskutistuman vähentämiseksi tai poistamiseksi, 6' 884S9 yhdistelmäraateriaalin tilavuuskutistuman vähentämiseksi ja/tai sideaineen tilavuuskutistumasta johtuvien mahdollisten haittavaikutustent etenkin halkeilun vähentämiseksi tai poistamiseksi.

1) Nesteen ja kaasun ja/tai nesteen ja kiinteän aineen rajapinnan jännityksen muuttaminen kaasu-nestepintajännityksen vähentämiseksi ja/tai kontaktikulman suurentaminen kutistu-misvoimien pienentämiseksi. Tämä voidaan saada aikaan lisäämällä pinta-aktiivisia aineita tai muuttamalla (korottamalla) lämpötilaa.

2. Lisätään nestettä kompensoimaan kemialliseen reaktioon kulunutta nestettä. Nestettä lisätään ulkopuolelta kappaleen pintaan tai sisäpuolelta kanavien kautta ulkopuolisesta lähteestä tai sisäpuolisista lähteistä, joissa nestettä voi olla läsnä nestemäisenä (esim. huokoisessa hiekassa tai kivirakeissa tai kuiduissa) tai kiinteässä muodossa (esim. jäänä, joka myöhemmin sulaa) tai kemiallisesti sitoutuneena (niin että neste esimerkiksi vapautuu kemiallisesta tai termisestä vaikutuksesta).

3) Huokosnesteen tilavuutta muutetaan (lisätään) ja täten kompensoidaan nesteen kemiallinen kuluminen, esimerkiksi lämmittämällä. (Normaalisti nesteiden termiset tilavuuden muutokset ovat huomattavasti suurempia kuin kiinteiden aineiden) .

4) Yhdistelmämateriaalin tilavuuden kutistumista vähennetään käyttämällä jäykkien karkeiden partikkelien - tyypillisesti hiekan ja kiven - tiivistä pakkaamista. Täten laastin ja betonin tilavuuden kutistuminen pienenee tyypillisesti 1/10-osaan verrattuna puhtaaseen tahnaan.

5) Sisäisten halkeamien syntymistä vaikeutetaan a) lisäämällä halkeamien avautumiseen tarvittavaa energiaa.

62 · 8 4 > 9 esimerkiksi käyttämällä teräväsärmäistä hiekka- ja kivimateriaalia ja/tai kuituja ja muita lujiteaineita (keksijä on menestyksellisesti käyttänyt hienoja wollastoniitti-kuituja, erilaisia lasikuituja, teräskuituja ja muovikuitu-ja), b) lisäämällä yhdistelmämateriaalin jäykkyyttä, esimerkiksi käyttämällä hiekan ja kiven tiivistä pakkaamista.

(Näiden molempien toimenpiteiden tausta on löydettävissä halkeamismekaniikasta, koska lineaarisen elastisen halkeamis-mekaniikan mukaan repeämisjännitys on verrannollinen halkea-misenergian neliöjuureen kerrottuna kimmomoduuli11a.) c) lisäämällä kappaleita, jotka kokonsa, muotonsa tai pin-tarakenteensa johdosta voisivat toimia sisäisinä halkeamisen käynnistäjinä ja jo syntyneiden halkeamien ohjaajina, kuten on asianlaita esimerkiksi suurilla kappaleilla, joissa on teräviä ulkonevia kulmia ja sileitä pintoja.

6. Vältetään, että muotokappale kovettumisen aikana joutuu vahingoittaville vetojännityksille alttiiksi. Tämä voidaan esimerkiksi saada aikaan kovettamalla puristusjännityksen alaisena ja/tai varmistamalla kappaleen yhdenmukainen kutistuminen esimerkiksi tarkoituksenmukaisella muotin rakenteella (mukaanluettuna kumia ja sentapaista ainetta olevien taipuis-ten muottien käyttö).

7. Saamalla aikaan tilavuus-stabiilimpi hydrataatiotuotteen kemiallinen rakenne, esimerkiksi lisäämällä enemmän kalsiumia sisältäviä erittäin hienoja partikkeleita, kuten kalsium-karbonaattipartikkeleja, siten kuin on selostettu seuraavas-sa jaksossa "Erittäin hienojen partikkelien käyttö DSP-mate-riaalien kemiallisen rakenteen parantamiseen".

8. Kovettamalla lämmössä (kovettaminen matalapaineisella höyryllä tai autoklaavikäsittely).

63 O 8 4 S 9 9. Käyttämällä komponentteja, jotka kuluttavat vähemmän vettä hydrataatioprosessissa, esimerkiksi käyttämällä sementtejä, joissa on normaalia pienempi C^A-pitoisuus.

10. Käyttämällä paisunta-aineita, kuten alumiinijauhetta, jotka kompensoivat kutistumista paisuntatapahtuma11a yhtä aikaa kutistumisen kanssa. Voidaan myös käyttää muita tyypillisiä sementin paisunta-aineita.

Erittäin hienojen partikkelien käyttö DSP-materiaalien kemiallisen rakenteen parantamiseen_ DSP-materiaalien erikoisen edullinen muoto käsittää partikkeleja B ja A, jolloin rakenteen muodostuminen tapahtuu osittaisella liukenemisella nesteeseen ja saostumisella, partikkelien B ollessa enemmän reagoivia. Tyypillisesti partikkelit B ovat Portland-sementtiä (d ^ 5 ^.urn) ja partikkelit A pii-dioksidipölyä {d 0,1 ^,um) .

Tiivis DSP-rakenne on esitetty kuvassa 1.

Rakenteen muodostuessa, syntyy uusi rakenne, joka liimaa yhteen alkuperäisten partikkelien jäljelle jäävän osan (todennäköisesti suuremman osan), mikä aiheuttaa koossa pysyvän rakenteen.

On toivottavaa hallita rakenteen muodostumista sekä kolloi-daalitasolla (siis miten liimaava aine jakaantuu partikkelien A tilaan, joko yhdenmukaisesti tai keskitettynä partikkelien B läheisyyteen) että atoimitasolla (siis miten kemiallinen rakenne on rakentunut).

Esimerkkinä saattaa olla mielenkiintoista tarkastella Portland-sementin ja piidioksidipölyn järjestelmää (jossa keskimääräiset partikkelien koot tyypillisesti ovat 5 ^um ja 0,1 ^,um), joka on järjestetty DSP-materiaalien periaatteiden mukaisesti (kts. kuva 1).

Kiinteä rakenne perustuu yhdistettyyn sementti-vesi-reak- tioon ja sementti-piidioksidi-reaktioon, jossa 64 J3499 1) piidioksidipölystä peräisin oleva aine muodostaa suuremmassa tai pienemmässä määrässä (liukenemisella ja reaktiolla) osan syntynyttä kiinteätä kalsiumsilikaattihydraat-tirakennetta.

2) Kalsiumsilikaattihydraatin jakaantumisen jäljellä olevien kiinteiden partikkelien välisessä tilassa ei uskota olevan yhdenmukaista, tyypillisesti siinä on suurempi kon-sentraatio lähellä sementtipartikkelien pintaa (sementin ollessa tyypillisesti "rakenteellisen materiaalin" päätuottaja) . Täten on todennäköistä, että tietyissä tilavuuksissa sementtipartikkelien välisissä tiloissa on liian vähän kalsiumsilikaattihydraattia ja tästä syystä ne estyvät liimaamasta jäljellä olevat piidioksidipartikkelit hyvin tiiviiksi rakenteeksi.

3) On myös todennäköistä, että elementtien jakaantuminen kemialliseen rakenteeseen on epätasaista, tyypillisesti suuremmalla kalsiumin konsentraatiolla sementtipartikkelien pinnan läheisyydessä ja ylimäärällä piitä piidioksidipölyn täyttämässä tilassa olevassa kalsiumsilikaattihydraatissa.

On toivottavaa säätää rakennetta ja rakenteen muodostumista yksityiskohtaisesti, mikä tarkoittaa piidioksidipartikkelien välitiloissa muodostuvan rakenteen määrän lisäämistä, myös suuremmalla etäisyydellä sementin pinnasta ja korkeata kalsiumin säätöastetta syntyneeseen kalsiumsilikaattihydraattiin nähden. Keksinnön mukaan puuttuvat elementit (tai muut halutut elementit) lisätään hienoihin partikkeleihin, tyypillisesti muina hienoina partikkeleina.

Luonnollinen toimenpide probleeman ratkaisemiseksi olisi näin ollen erittäin hienon Portland-sementin lisääminen hienoon piidioksidiin, ts. 20-80 %:n piidioksidista korvaaminen 65 d S 4 S9 erittäin hienolla sementillä, joka on tyypillisesti 2-10 kertaa hienompaa kuin Portland-sementti tai jopa enemmän.

Tämä toimenpide vähentää huomattavasti piidioksidipölyn täyttämien mikrotilavuuksien suuruutta, tyypillisesti kertoimella 2-10 tai jopa enemmän.

Tällä menettelyllä on kuitenkin kaksi epäkohtaa: 1) Erittäin hieno reaktiivinen sementti voi aiheuttaa tuo-tantovaikeuksia liian nopean kemiallisen reaktion johdosta (jähmettymisvaikutus). (Tämä vaikutus ei ole kuitenkaan aina ei-toivottu, koska sitä voidaan käyttää säädettyyn nopeaan sitomiseen, mikä on erittäin toivottavaa.) 2) Erittäin hienot reaktiiviset partikkelit saattavat liueta täydellisesti sillä seurauksella, että ne eivät osallistu toivottuun ihanteelliseen, partikkeleihin perustuvaan rakenteeseen.

Sovellutuksia

Johtuen erittäin suuresta tiiviydestään ja mekaanisesta lujuudestaan tämän keksinnön mukaan aikaansaatu materiaali on : . käyttökelpoinen erittäin moneen artikkeliin, joista esimerk keinä voidaan mainita ohutseinäinen tasomainen tai aallotet-tu levy tai paneeli, kuten levyt tai paneelit, jotka ovat samanmuotoiset kuin tunnetut asbestisementtituotteet; putki; johto; tulenkestävä vuoraus (esimerkiksi sovellettuna kokonaisena vuorauksena) tai tulenkestävän vuorauksen komponentti (kuten tulenkestävän vuorauksen rakennuskivenä); suoja-päällyste (esimerkiksi muiden materiaalien suojaamiseksi kemialliselta vaikutukselta, kuten teräkseen, esimerkiksi teräsputkiin tai -johtoihin tai tavanomaisiin betonituotteisiin sovitettu halpa suojapäällyste, betonituotteiden saarni- 66 S 4 S' 9 seksi, joissa on jalo pinta, joka on luja, kulutusta kestävä ja toimii eristyksenä ympäristöstä tulevaa vaikutusta vastaan, muurausten, jalkakäytävien ja teiden suojapäällysteet, käyttäen hyväksi uuden materiaalin samoja hyviä ominaisuuksia, ja kattotiilien tai -laattojen tai säiliöiden suoja-päällysteet, kattomateriaalit, kuten kattotiili- tai laatta; sähköeristysosa; ydinsäteilysuojus suojaamaan ydinsäteilyl-tä (radioaktiivisuuteen perustuvissa reaktorirakenteissa jns.); syvässä vedessä käytettävä merenpohjarakenne; koneosa; veistos; säiliö; in situ-valettu öljylähteen seinä; tai kantava elementti rakennustekniikassa, käyttäen hyväksi materiaalin erittäin hyviä lujuusominaisuuksia ja sen vastustuskykyä ilmastollista vaikutusta vastaan, kuten palkki, kuori tai pylväs, tyypillisesti teräsbetonina, etenkin esijännitettynä betonina.

Syvässä vedessä käytettävissä merenpohjarakenteissä, esimerkiksi suuria hydrostaattisia paineita kestävissä pallomaisissa säiliöissä tarvitaan suuren lujuuden, hyvän kestokyvyn ja pienen läpäisevyyden omaavaa betonia.

Julkaisussa "Polymers in concrete", ACI Publication SP-40-1973, P 118-48, selostetaan mallikokeita pienillä 40,6 cm:n läpimittaisilla pallomaisilla rungoilla, jotka on tehty korkealaatuisesta polymeeri-kyllästetystä betonista syvässä vedessä käytettäviksi. Täydellinen kyllästäminen saatiin aikaan monimutkaisella kuivaus-tyhjökaasutus-painemenetel-mällä, joka käytännössä on rajoitettu pieniin säiliöihin.

Tämän keksinnön mukaisilla materiaaleilla ja menetelmillä on nyt mahdollista valmistaa tällaisia rakenteita suuressa-mittakaavassa (halkaisija monta metriä) samantapaisella korkealaatuisella materiaalilla käyttäen yksinkertaista valmistustekniikkaa .

Edellä on jo esitetty·muutamia esimerkkejä DSP-materiaalien sovellutuksesta. Muita esimerkkejä ovat seuraavat rakenteet, joita voidaan valmistaa valamalla kahta pintaa vasten tai niiden väliin: 67 3 8 499

Suuria sähköerlstimiä tehdään tänään lasista tai keraamisista aineista, etenkin näiden aineiden erinomaisen eristys-kyvyn takia. On erikoisen tärkeätä ehkäistä virtoja pintakerroksia pitkin ja niissä. Lisäksi suuret eristimet tarvitsevat suuren mekaanisen lujuuden ja hyvän kyvyn absorboida mekaanista energiaa. Tämä on vaikeata saada aikaan haurailla aineilla, kuten lasilla ja keraamisilla aineilla, joille on vaikeata antaa "sitkeyttä" lujitteilla (johtuen siitä, että ne muodostetaan juoksevista massoista korkeassa lämpötilassa ja ne jähmettyvät melko suurin tilavuuden muutoksin). Tämän keksinnön mukaisesti tällaisissa suurissa sähköeris-timissä voidaan kuitenkin saada aikaan suuri mekaaninen lujuus ja hyvä kyky absorboida mekaanista energiaa valmistamalla suuria onttoja vaippoja tai kuoria lasista tai keraamisesta aineesta, joita sitten vahvistetaan lujitetulla korkealaatuisella DSP-betonilla, -laastilla tai -tahnalla, joka on valmistettu valamalla pehmeätä massaa (injektointi jne.); lujite voidaan ennakolta sijoittaa vaipan tai kuoren sisään (suuria terästankoja jne.) tai lujite voi olla valu-massan osana (esim. kuitusilppu).

On odotettavissa, että tämä tulee mahdollistamaan suurten eristimien halvemman valmistamisen yhtä suurina kuin niitä valmistetaan tänään ja tähän asti tunnettuja paljon suurempien eristimien valmistamisen.

Huonekaluja, hyllyjä, ovia jne., joissa johtuen ulkonäköä, kädelle tuntoa, puhdistettavuutta, kemiallista kestävyyttä jne. koskevista vaatimuksista tarvitaan erikoisia pintaominaisuuksia yhdistettyinä hyviin mekaanisiin massaominai-suuksiin (lujuus, sitkeys), voidaan valmistaa ontoista muovi-, metalli- ja sentapaisista osista (valmistettu esimerkiksi suulakepuristuksella), jotka täytetään lujitetulla DSP-side-aineella kaatamalla, injektoimalla jne.

Kassakaappeja ja multa lujia säiliöitä voidaan valmistaa täyttämällä ovien ja seinien ontelot DSP-materiaalilla valaen neh- 68 H B 4 S 9 meätä massaa (injektointi jne.); kaikki sisäinen lujite ja kovat komponentit (esim. bauksiittikivi) tai osa siitä voidaan sijoittaa ennakolta paikoilleen.

Radioaktiivista jätettä varten tarkoitetut säiliöt, joissa radioaktiivinen jäte valetaan edellä mainittuihin lujiin materiaaleihin injektoimalla DSP-materiaalia olevaa tahnaa tai laastia säiliötilaan, johon kaikki lujite tai osa siitä, kiinteässä muodossa oleva radioaktiivinen jäte ja erilaiset jäykkyyttä parantavia elimiä (esimerkiksi bauksiittikiveä) / on sijoitettu etukäteen.

Hyvin suuret veistokset, joissa on haluttu pintamateriaali, ja jolle voidaan halvalla tavalla antaa tarvittava mekaaninen lujuus täyttämällä ohut kuori edellä esitetyissä esimerkeissä mainituilla periaatteilla valmistetulla lujitetulla laastilla tai betonilla.

Kantavat rakenteet, jotka edellyttävät erikoisia vaatimuksia pintamateriaaliin nähden (pylväät, seinät, lattiat, kattoelementit jne.).

Laivanrungot, joiden ulkopuoli ja sisäpuoli ovat materiaaleja, joilla on erikoiset ominaisuudet (esimerkiksi sileä ulkopuoli ja lämpöä eristävä sisäpuoli), joissa tarvittava osa täytetään lujitetulla DSP-betonilla, -laastilla tai -tahnalla injektoimalla jne.

Kuten edellä on mainittu, onttojen kuorien, jotka täytetään kokonaan tai osittain DSP-materiaaleilla, erilliseen valmistukseen liittyy useita etuja ja potentiaalisia etuja. Tässä yhteydessä on alleviivattava, että esimerkiksi voidaan valmistaa hyvin suuria ohutseinäisiä osia, joissa on monoliittisesti lujitettu kantava sydänosa. On esimerkiksi mahdollista valmistaa pitkiä putkistoja, joiden putkien seinissä on monoliittisesti lujitettu luja sydänosa (esimerkiksi 69 l 3 4 S 9 merenpohjassa olevien putkistojen yhteydessä, jolloin putkia, joissa on ontot muovia tai sen tapaista olevat seinät, sijoitetaan oikeille paikoilleen, ontelo täytetään kivellä ja lujitteella, minkä jälkeen putket täytetään DSP-tahnalla tai -laastilla injektoimalla). Muita rakenteita, joita voidaan valmistaa tällä tavalla, ovat laivanrungot, suuret rakennuksen osat, tunnelin vuoraukset ja sen tapaiset.

Mahdollisuus valmistaa yksinkertaisella valutekniikalla ja huoneen lämpötilassa lujitettua betonia, laastia ja tahnaa, joilla on hyvin suuri lujuus ja hyväksyttävä sitkeys, mahdollistaa osien tuottamisen, jotka perinteisesti tehdään metallista. Tällaisia osia ovat etenkin suuret kantavat osat, joita perinteisesti valmistetaan metallivaluna (kannet, kuvut, suuret venttiilit, kantavat koneosat jne.) ja rakenneosat (mastot, palkit ja sen tapaiset).

DSP-materiaalien suuri kovuus yhdessä sen tosiasian kanssa, että ne voidaan helposti tehdä sitkeiksi kuitulujitteen avulla, mahdollistaa materiaalien käytön jauhatus- tai hio-makappaleina ja kulutusaggregaatteinä, joita tyypillisesti valmistetaan valamalla tavalliseen tapaan pehmeätä massaa, suulakepuristuksella tai puristuksella.

DSP:n puristusmuovaus

Varsin edullinen tapa valmistaa DSP-tuotteita on puristus-muovata DSP-materiaaleja, joiden koostumus voi vaihdella plastisesta jäykähköön.

Tämä on nopea prosessi, joka vaatii huomattavasti vähemmän valumateriaalia kuin tavanomainen valu ja mahdollistaa huomattavasti korkeampilaatuisten tuotteiden valmistuksen kuin mitä saadaan aikaan tavallisessa valussa. Edellyttäen, että vesi/jauhe-suhde on huomattavasti matalampi puristusmuovauk-sessa (tyypillisesti 0,12-0,13, kun taas sementti/silika-pohjaisten artikkelien tavanomaisessa valussa suhde on 0,20), on mahdollista lisätä enemmän ja hienompia kuituja puristusmuovausmassoihin (siten esimerkiksi plastisen se- 70 d S 4 S' 9 mentti/silikapastan puristusmuovaus suoritetaan käyttäen aina 6 tilavuus-% lasikuituja, joiden halkaisija on 5 μπι ja pituus 12 mm).

Ennen puristusmuovausta muodostetaan puolivalmis tuote, josta puristuksen jälkeen tulee haluttu tuote. Puolivalmis tuote muodostetaan sekoitusprosesseissa ja erilaisissa esikäsittelyissä (esimerkiksi ruiskuvalulla tai valssauksella) sen varmistamiseksi, että puolivalmiilla tuotteella on haluttu kuitujen suuntautuminen ja että sillä on haluttu läh-tömuoto.

Puolivalmis tuote asetetaan puristimeen, valssiin tai vastaavaan laitteeseen siten, että laitteen pinta on kohti tuotteen etusivua sen varmistamiseksi, että puristetulla tuotteella on haluttu muoto. Esimerkkejä on esitetty kuvissa 24-28.

Siirtämällä yhtä tai useampaa puristimen osaa materiaali painetaan onteloon siten muodostaen haluttu tuote, jolla on haluttu muoto.

Poistettaessa muotokappale puristimen pinnasta se voidaan vetää puristimesta mahdollisesti tukien mekaanisesti stabiileilla muoteilla, jolloin stabiileille muoteille asetetut vaatimukset riippuvat puristetun materiaalin mekaanisesta stabiilisuudesta, tuotteen geometriasta (koko ja muoto), puristuksen jälkeisistä ulkoisista vaikutuksista (painovoima, vibraatiot, jne.) ja tuotteen mittojen ja muodon pysyvyydelle asetetuista vaatimuksista.

Puolivalmis tuote Tässä yhteydessä termi "puolivalmis tuote" määritellään kappaleeksi, joka puristuksella muutetaan puristusmuovatuksi tuotteeksi.

Puolivalmiit tuotteet voidaan muodostaa edellä kuvatuista komponenteista (partikkeleista, kuiduista, muista komponen- 71 c S 4 S 9 teista, nesteistä jne.) ja voidaan muovata lopputuotteeksi jollakin edellä kuvatulla prosessilla (ruiskuvalu, valssaus, tärypuristus, suihkuttaminen jne.) tai puristusmuovauksella (tällöin valmistus suoritetaan peräkkäisillä puristusmuo-vaustyövaiheilla).

Puolivalmiit tuotteet voidaan muodostaa useista osakomponenteista, jotka puristusvaiheessa muovataan yhtenäiseksi tuotteeksi. Siten esimerkiksi levymäiset tuotteet, joilla on tietty kuitujärjestys, voidaan valmistaa asettamalla ohuita ruiskuvalettuja levyjä sopivaan ja haluttuun suuntaan toisiinsa nähden, kuten kuvassa 25 on esitetty, ja halutut yhdistettävät kappaleet, kuten sähköiset vastusyksiköt, putket, kaapelit, pidikkeet, lujitteet jne. tai useat muut osat (teräslevyt, puukappaleet, jne.) voidaan valaa valmistettavaan tuotteeseen puristusmuovauksessa, kuten kuvissa 24-27 on esitetty.

Puristus

Kuten edellä on mainittu, puristus suoritetaan siirtämällä yhtä tai useampaa puristimen osaa suhteessa muovattavaan materiaaliin ja siten painamalla materiaali halutun muotoiseksi .

Usein muottiontelo suljetaan joka puolelta ja materiaalin annetaan täyttää koko tämä tila painamalla materiaalia joustamattoman muotin seiniä vastaan. Tämä on tiivistysprosessi.

Toisissa tapauksissa puristus suoritetaan onteloissa, jotka eivät ole täysin suljettuja kaikilta sivuiltaan. Tärkeä esimerkki tästä on ruiskuvaluun rajoittuva puristusprosessi, jossa prosessissa materiaali puristetaan ulos suuttimesta, jolla on tietty poikkipinta aikaansaaden siten tuotteen, jolla on vastaava poikkipinta, tai kuvioiden painaminen, joka usein on paikallinen puristusmuovaus. Erittäin mielenkiintoinen tekniikka on valssaus käyttäen joustavia teloja.

72 i: 3 4 S 9

Kuten aikaisemmin on mainittu, kappaleista ei normaalisti puristu nestettä ympäristöön, mikä on yksi DSP-valumassan huomattava etu.

Kuitenkin käyttäen kuivaavaa puristusta on mahdollista saada aikaan uudentyyppisiä materiaaleja, jotka muodostuvat karkeista komponenteista (suuria verrattuna partikkeleihin B), jotka ovat järjestäytyneet tiiviiseen pakkaukseen vastaten sitä, mikä saadaan aikaan kyseessä olevilla komponenteilla puristusprosessissa (mahdollisesti tärypuristuksessa), jolloin ne ovat tarttuneet yhteen korkealaatuisen DSP-pastan avulla.

Karkeista komponenteista muodostunut näytekappale puristetaan jollakin seuraavista tavoista: 1) Käyttäen nestemäistä pastaa (esimerkiksi sementti-si-1ikä-DSP-pastaa, jolla vesi/jauhe-suhde on 0,20), joka puristetaan ulos näytekappaleista käyttäen puristimessa suodatus- tai kuivauslaitetta (ks. kuvia 15, 16 ja 17).

2) Käyttäen lopullista määrää vähemmän nestemäistä pastaa - mahdollisesti kokonaan ilman nestemäistä pastaa, lisäämällä puuttuva nestemäinen pasta puristamalla, kapillaari-imulla, vakuumi-imulla tai vastaavilla tavoilla myöhemmässä prosessissa tai puristuksen aikana.

3) Käyttäen sellaista määrää nestemäistä pastaa, joka vastaa suhdetta lopullisessa tuotteessa.

Ensin mainitussa tapauksessa, kuten edellä on mainittu, puristusta seuraa nesteen poisto. Puristinlaite on sovellettu kuivaamaan poistetun veden häiritsemättä merkittävästi pu-ristusprosessia.

Käyttäen tällaista prosessia on mahdollista valmistaa tuotteita, joilla on hyvä stabiilisuus välittömästi tiivistyksen jälkeen.

73 '6 8 4 5 9

Lopullinen käsittely

Puristusmuovauksen jälkeen on muodostunut näytekappale, jolla on enemmän tai vähemmän stabiili muoto. Stabiilisuudesta riippuen voidaan kappaleessa käyttää eri määriä tukia: 1) Pohjatuki tai tuki kappaleen asettamiseksi haluttuun asentoon (tuki voi olla esimerkiksi lattia tai hylly), 2) muotoillun pinnan oleellisia osia myötäilevä tuki säilyttämään valmistetun kappaleen muodot, 3) täydellinen tuki koko kappaleen pinnan ympärillä säilyttämään valmistetun kappaleen muodot.

Kappaleen tukiosat voidaan yhdistää puristimessa, osan muotoilevasta pinnasta ollessa muotti, joka puristuksen jälkeen seuraa kappaletta muototukena (muotit voivat olla esimerkiksi ohuita puristusmuovattuja metallikappaleita) tai joka saatetaan kosketuksiin kappaleen kanssa erillisessä prosessissa sen jälkeen kun kappale on lähtenyt puristimesta.

Monissa tapauksissa puristettu kappale pintakäsitellään välittömästi puristuksen jälkeen, ensisijaisesti kuivumisen estämiseksi jatkokäsittelyssä.

Pintakäsittely voidaan suorittaa käyttämällä kovettuvia yh-: disteitä estämään haihtuminen ja voidaan esimerkiksi suorit taa harjaamalla, sivelemällä, sulauttamalla jne. tai käyttämällä haihtumista estävää poistettavaa filmiä sen jälkeen, kun kappale on poistettu puristimesta tai puristusprosessin yhteydessä siirtämällä puristimen muotopinnoilta.

Monissa tapauksissa edellä mainittuja tukia voidaan käyttää hyväksi pintakäsittelyssä tai tuet voivat estää liiallisen pintakäsittelyn tai tuki voi muodostaa pintakäsittelyn (esimerkiksi puristimessa aikaansaatu keraaminen pinta).

74 834S9

Lopuksi puristusta voivat seurata prosessit, jotka varmistavat kappaleen jonkinlaisen kiinteytymisen - sen kiinteytymisen lisäksi, joka aiheutuu paineesta itsestään. Esimerkkeinä voidaan mainita samanaikainen lämmitys (lämmönsiirto puristimesta tai sähköisesti tai mikroaaltolämmityksellä) tai polymeroimalla polymeroituvat komponentit, joita on mukana nestefaasissa.

Sementti/vesipohjaisen DSP-yhdistelmämateriaalin muodostumista voidaan hidastaa suhteessa sen kemiallisen rakenteen muodostumiseen ja/tai stabiloida suhteessa sen muotoon jäädyttämällä DSP-yhdistelmä tai puolivalmiste. Tällä tavalla yhdistelmämateriaali tai puolivalmiste voidaan vastaavasti esisekoittaa tai esimuovata ja sen jälkeen kuljettaa haluttuun käyttökohteeseen, jossa rakenteen muodostumisprosessin voidaan antaa jatkua sulattamalla tuote, ja mahdollisesti edelleen muotoilemalla se. Tässä prosessissa käytetty DSP-materiaali voidaan esimuovata millä tahansa tässä selityksessä esitetyllä tavalla.

PSP:n muovaus suuressa jännityksessä DSP-materiaalien muovaus voidaan myös suorittaa suurissa jännityksissä tyypillisesti välillä 5-100 MPa, erityisissä tapauksissa välillä 100-1000 MPa ja äärimmäisissä tapauksissa välillä 1000-10000 MPa.

Suuressa jännityksessä tapahtuvaan muovaukseen yhdistetään tavallisesti alemmassa jännityksessä tapahtuva DSP-materiaa-lin esimuovaus, jonka tarkoituksena on tyypillisesti saada aikaan 1) tuotteen keskimääräinen muoto, ja 2) partikkelien, kuitujen jne. haluttu esijärjestäytyminen ennen lopullista suuressa jännityksessä tapahtuvaa muovaamista.

Muovaamista suuressa jännityksessä voidaan tyypillisesti soveltaa kiinteytymisen aikana esimerkiksi kuuma- tai kyl- 75 8 3 49 9 mäpainesintrauksella tai - tyypillisesti sementtituotteil-le - muodostamalla rakenne hydrataation aikana.

Muovaamalla suurissa jännityksissä aikaansaadaan tiiviimpiä rakenteita. On tunnettua muovata tuotteita suuressa jännityksessä jauhetiivistyksellä, painesintrauksella jne., mutta näissä tunnetuissa menetelmissä ei ole helppoa ja useissa tapauksissa on mahdotonta aikaansaada haluttu ennalta suunniteltu mikrorakenne. Käyttäen hyväksi tämän keksinnön tekniikan mukaista rakenteen muodostamista erittäin plastisessa materiaalissa pienessä jännityksessä, haluttu partikkeli/-kuitujärjestys voidaan ennalta määrätä, minkä jälkeen suur-jännitteinen käsittely voidaan suorittaa siten esijärjeste-tylle rakenteelle.

Tuotteita, joita tyypillisesti valmistetaan suurjännitteisen muovauksen avulla, ovat esimerkiksi koneen osat, jotka joutuvat suurten jännitysten alaisiksi, lentokoneet ja avaruusaluksen osat, jotka joutuvat erittäin suurten mekaanisten kuormien alaisiksi, ja muut tuotteet, jotka joutuvat ankariin käyttöolosuhteisiin, mukaanlukien tuotteet, jotka sisältävät paljon kuituja ja jotka ovat erittäin kestäviä ja kovia ja joilla on suuri vetolujuus ja venyvyys.

Erittäin mielenkiintoinen tekniikka on yhdistää suuressa jännityksessä tapahtuva muovaus useiden esijärjestely-menetelmien kanssa, joita on kuvattu kappaleessa "DSP:n pu-ristusmuovaus". Useita puoliteollisia tuotantomenetelmiä, joita on kuvattu tässä kappaleessa, voidaan sopivasti yhdistää puolivalmisteen jälkikäsittelyyn suurjännitteisessä kentässä.

. . Varsinkin suuressa jännityksessä tapahtuva DSP:n muovaus tekee mahdolliseksi yhdistää suuren kovuuden ja kulutuksen kestävyyden suuren venyvyyden kanssa (joka aikaansaadaan suurella kuitukuormalla), jotka ovat normaalisti hyvin vaikeasti yhdistettäviä ominaisuuksia tunnetun tekniikan kei-‘ - noina.

76 /34 S 9 Tämän keksinnön piirre voidaan ilmaista prosessina, joka käsittää DSP-yhdistelmän ja/tai DSP-puolivalmisteen muovauksen korkeajännitteisessä kentässä, tyypillisesti 5-100 MPa, erityisissä tapauksissa 100-1000 MPa, ja äärimmäisissä tapauksissa 1000-10000 MPa. Toinen piirre, joka on yhteydessä ensin mainittuun, on, että DSP-materiaali, esimerkiksi se-menttipohjäinen DSP-materiaali, kiinteytetään suuressa jännityksessä, tyypillisesti 0-5 MPa, esimerkiksi kiinteyttämällä puristimen laattojen välissä. Erityisissä tapauksissa kiinteyttäminen voidaan suorittaa suuremmissa jännityksissä, sellaissa kuten 5-100 MPa, ja erittäin erityisissä tapauksissa jännityksissä välillä 100-1000 MPa ja jopa välillä 1000-10000 MPa.

Haluttaessa suuressa jännityksessä tapahtuva kiinteyttäminen voidaan yhdistää ennen muovausta tapahtuvaan DSP-yhdis-telmämateriaalin suurjännitteiseen käsittelyyn, esimerkiksi ajamalla, mahdollisesti toistuvasti, useiden valssitilojen muodostaman kapean raon läpi sen tekniikan mukaisesti, joka on kuvattu EP-patenttihakemuksessa 80301909.0, joka on julkaistu numerolla 0 021 682.

Esimerkki 1

Esimerkissä käytettävät materiaalit olivat seuraavat: Valkoinen Portland-sementti: ominaispinta-ala (Blaine) 4380 o cm /g, tiheys (oletettu) 3,15 g/cm.

Silikajauhe: hieno pallomainen SiC^-pitoinen jauhe, ominaispinta-ala (määritetty BET-tekniikalla) noin 250 000 cm2/g, vastaten keskimääräistä partikkelihalkaisijaa 0,1 /im, tiheys 2,22 g/cm3.

Bauksiitti: tulenkestävä kalsinoitu bauksiitti, 85 % Al203,

O

tiheys 3,32 g/cm hiekalle 0-4 mm, 3,13 g/cm kivelle 4-10 mm.

77 8B4S9

Mighty: Niinkutsuttu betonin tehonotkistin, korkeasti kondensoituneen naftaleenisulfonihappo/formaldehydikondensaa-tin natriumsuola, josta tyypillisesti yli 70 % muodostuu molekyyleistä jotka sisältävät 7 tai useamman na£taleenirenkaan. Tiheys noin 1,6 g/cm3 kohti. Saatavana joko kiinteänä jauheena tai vesiliuoksena (42 paino-% Mighty'ä, 58 paino-% vettä) .

Vesi: Vesijohtovesi.

Sylinterimäisten betonikoekappaleiden valmistus märästä betonista, johon on sekoitettu silikajauhe/sementtisidosainetta ja kalsinoitua bauksiittihiekkaa ja kiviä:

Betonikoekappaleet valmistettiin yhdestä 23 litran panoksesta, jolla panoksella oli seuraava koostumus:

Silikajauhe: 3200 g

Valkoinen Portland-sementti: 16000 g

Bauksiitti 4-10 mm: 32750 g

Bauksiitti 0-4 mm: 10900 g

Mighty (jauhe): 250 g

Vesi: 2980 g

Sekoitus

Karkeat aggregaatit, sementti ja Mighty-jauhe sekoitettiin . . kuivana 50 litran siipisekoittajassa 5 minuutin ajan. Sen jälkeen silikajauhe lisättiin ja sekoitusta jatkettiin 10 minuuttia. Vesi lisättiin ja sekoitusta jatkettiin noin 10 minuuttia.

Märkäbetoni

Betoni oli pehmeä ja helposti työstettävä.

Valu 20°C:n lämpötilassa valettiin 6 betonisylinteriä, joiden halkaisija oli 10 cm, korkeus 20 cm ja joissa oli 2 kantta, (40 x 30 x 5 cm). Koekappaleisiin kohdistettiin täry 10-30 78 β 3 4 S 9 sekunnin ajan standarditärypöydässä (50 Hz)·

Kuivatus Välittömästi valun jälkeen sylinterien suljetut muotit upotettiin 60°C:seen veteen ja kuivattiin 5 päivää. Kannet peitettiin muovikalvolla ja kuivattiin yksi päivä 60°C: ssa ilmassa, jonka jälkeen ne upotettiin 60°C:seen veteen ja kuivattiin 4 päivää. Kuivauksen jälkeen koekappaleet avattiin muoteistaan ja niitä varastoitiin 20°C:ssa ilmassa ja noin 70 %:n suhteellisessa kosteudessa testaukseen asti (testaus suoritettiin 30 päivän aikana lämpökäsittelyn jälkeen).

Testaus

Kuudelle betonisylinterille määritettiin tiheys, äänen-nopeus, dynaaminen kimmomoduuli, puristuslujuus ja kuormi-tus/venymäkuvaaja (kuormitus/venymäkuvaaja määritettiin ainoastaan kahdelle koekappaleelle).

Alla olevassa taulukossa on esitetty koetulokset.

Taulukko I

Kovetetun betonin ominaisuudet.

Tiheys Äänen Dynaaminen Puristus- Staattinen nopeus kimmomoduu- lujuus kimmomoduu- _11 __li 3 2878 kg/m 6150 m/s 109 000 MPa 217,5 MPa 78 000 MPa (keskihajonta 6,2 MPa) 79 <· 3 4 S 9

Kuvassa 1, kuvaajassa a nähdään kuormitus/venymäsuhde yhdelle sylintereistä. Kuvassa esitetään vertauksena kuormitus/ venymäkuvaaja (kuvaaja c) vastaavasti normaalilaatuisesta betonista valmistetulle koekappaleelle (puristuslujuus 50,6 MPa) ja korkealaatuisesta kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 mukaisesta betonista valmistetulle kappaleelle, joka on valmistettu samantyyppisestä korkealaatuisesta sidosaineesta kuin mitä on käytetty tässä esimerkissä, mutta normaali kvartsihiekan ja graniittikiven kanssa (kuvaaja b, puristuslujuus 130 MPa).

Esimerkki 2

Hiekan ja kiven jauhetiivistys.

Tarkoituksena arvioida useiden hiekka-ja kivimateriaalien vastustuskyky hajota jauhetiivistyksessä, ja varsinkin verrata luonnollisia betonin aggregaatteja erityisen lujiin ja koviin materiaaleihin.

Materiaalit

Kvartsihiekka 0,25-1 mm, kvartsihiekka 1-4 mm, murskattu gra-niitti 4-8 mm, tulenkestävä bauksiitti 0-4 mm, tulenkestävä ... bauksiitti 4-10 mm, piikarbidi 0,5-2 mm (Qual. 10/F PS-K

Arendal Smeltevaerk A/S, Ejdenhavn, Norja) .

so ό S 4 S 9

Kommentit

Yksittäiset partikkelifraktiot ovat jakautuneet suhteellisen tasaisesti suurimman ja pienimmän raekoon (partikkelikoko) suhteen ollessa 4 tai sen alle.

Jauhetiivistys

Yksittäiset hiekka ja kivi fraktionäytteet puristettiin yksi-akselisella muottipuristimella. Tiivistyslaite muodostui sylinterimäisestä muottisylinteristä, joka oli avoin molemmista päistä, ja kahdesta sylinterimäisestä männästä (muotti-sylinterin halkaisijan ollessa 30 mm, jauheen täyttökorkeuden ollessa noin 32 mm ja puristuksen jälkeen 16-23 mm riippuen jauhetyypistä).

Kuivat materiaalit kaadettiin löyhästi sylinteriin. Puristus suoritettiin Instron-koelaitteella, jolla oli vakio tiivis-tysnopeus (5 mm/min) ja tiivistyspaine aina 350 MPa, minkä jälkeen painetta alennettiin liikuttamalla mäntää vastakkaiseen suuntaan. Piirrettiin tiivistyksen ja paineenalennusta vastaava voima/slirtymäkuvaaja.

Tulokset

Voima/siirtymäkuvaajasta tehtiin yksittäisille materiaaleille tiivistyspaine vertailuja identtisen "tiheyden" aikaansaamiseksi. Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa II.

81 Ö S 4 s. 9

Taulukko II

Tiivistyspaine, MPa, tiivistysasteen funktiona. Tiivistys-aste on partikkelien tilavuuden ja kokonaisjauhemassatila-vuuden välinen suhde (toisin ilmaistuna: 1 - huokoisuus)

Puristus- Graniitti Kvartsi Kvartsi Bauksiitti Bauksiitti Piikar-aste bidi 4-8 nm 1-4 nm 0,25-1 nm 4-10 nm 0-2 nm 0,5-2 nm 0,70 16 10 24 36 61 48 0,75 29 23 42 61 110 82 0,80 59 43 76 95 194 145

Cn huomattava, että tiivistyspaine saman tiiviyden aikaansaamiseksi on huomattavasti korkeampi koville materiaaleille (bauksiitti ja piikarbidi) kuin materiaaleille, joita tavallisesti käytetään betonin lisäaineina (graniitti ja kvartsi).

Kommentteja:

Jauhetiivistystekniikan sopiva partikkelien lujuuden vertaamiseen, edellyttäen, että useilla partikkelimateriaaleilla tai partikkeliyhdisteillä on suunnilleen sama partikkeligeometria ja edellyttäen, että partikkelikoko on suhteellisen suuri verrattuna muottisylinteridimensioihin. Nämä olosuhteet on kohtalaisesti täytetty kvartsihiekalla ja hienolla bauksiitil-la suoritetuissa kokeissa (näissä tapauksissa partikkelit ovat tiiviitä, pyöreitä ja pieniä). Graniittikivellä ja karkealla bauksiitilla suoritetuissa kokeissa partikkeli/muottisuhde oli jonkin verran liian suuri (noin 0,2-0,3) mahdollistamaan kvartsihiekalla ja hienolla bauksiitilla suoritettujen kokeiden tulosten suoran vertailun. Toisaalta näiden kahden keskinäinen vertailu on perusteltua. On vaikeata verrata piikarbi-dilla suoritettujen kokeiden tuloksia muiden tulosten kanssa, koska tällä jauhemateriaalllla, päinvastoin kuin kaikilla muilla materiaaleilla, on hyvin terävät kulmat.

Esimerkki 3 Korkealaatuinen laasti

Valmistettiin kahden tyyppisiä laastiseoksia, joista kummatkin 82 8 8 4 9 9 perustuivat huonosti alkalisulfaattia kestävään Portland-sementtiin, silikajauheeseen ja Mighty*yn, mutta joissa käytettiin eri tyyppistä hiekkaa, nimittäin tulenkestävää bauksiittia ja piikarbidia (Qual. 10/F PS-K, Arendal Smeltevaerk A/S, Ejdenhavn, Norja). Tarkoituksena oli tutkia erittäin lujasta hiekasta tehdyn laastin mekaanisia ominaisuuksia, vertaa esimerkkiä esimerkkiin 2, ja erittäin lujaa silika/sementtisidosainetta, jota on kuvattu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n so PCT/DK79/00047. Kaikissa seoksissa käytettiin seuraavia yleisiä komponentteja (yhtä panosta kohti):

Silikajauhe 645 g

Huonosti alkaalisulfaattia kestävä Portland-sementti 2706 g 42 %:nen Mighty-liuos 195 g

Bauksiittilaastissa käytettiin seuraavia komponentteja:

Bauksiitti 0-4 mm 6104 g

Vesi (mukaanlukien Mighty-liuoksessa oleva vesi) 387 g

Laastissa, jossa oli piikarbidia käytettiin seuraavia komponentteja:

Piikarbidi 5755 g

Vesi (mukaanlukien Mighty-liuoksessa oleva vesi) 487 g Käytetyt hiekan, sementin ja Mighty'n tilavuusosat ovat samat kuin osuudet, joita on käytetty esimerkissä 9 kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047. Laastissa, jossa oli bauksiittia, veden määrä oli myös sama kuin esimerkissä 9 kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/ 00047, kun taas veden määrä laastissa, jossa oli piikarbidia, oli huomattavasti suurempi. Tämä johtuu siitä seikasta, että 83 83499 piikarbidihiekka on hyvin teräväkulmaista ja siksi se vaatii helpommin juoksevan silika/sementtipastan ja/tai suuremman määrän (tilavuutta) pastaa.

Kummankin tyyppistä laastia valmistettiin kaksi panosta, joista toisella oli ylläkuvattu koostumus ja toinen panos oli kooltaan kaksinkertainen.

Sekoitus ja valu

Sekoitus suoritettiin sekoituskoneessa, jossa oli kiertoliike käyttäen sekoituslapaa. Sekoituksessa noudatettiin seuraavaa menettelyä: 1) Kuivasekoitetaan hiekka, sementti + täyteaine 5 minuuttia.

2) Lisätään suurin osa siitä vesimäärästä, joka ei muodosta osaa betonin tehonotkistinliuoksesta. Noin 50 ml vettä jätetään myöhempään käyttöön huuhteluvedeksi. Jatketaan sekoitusta 5 minuuttia.

3) Lisätään betonin tehonotkistinliuos ja sen jälkeen huuhdotaan astia yllämainitulla 50 ml :11a vettä sen varmistamiseksi, että kaikki betonin tehonotkistin on lisätty seokseen. Sekoitetaan noin 10 minuuttia.

Laastiseokset käyttäytyivät kuten erittäin viskoosit nesteet ja ne valettiin sylinterimäisiin muotteihin (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm) standardi tärypöydässä (50 Hz). Valuaika oli noin 1 minuutti. Koekappaleet (suljetuissa muoteissa) kuivattiin vedessä 80°C:een lämpötilassa 4 päivää.

Testaus Määritettiin tiheys, äänennopeus, dynaaminen kimmomoduuli, puristuslujuus ja kuormitus/venymäkuvaaja. Puristuslujuus ja kuormitus/venymäkuvaaja määritettiin 500 tonnin hydrauli-puristimessa käyttäen kuormituksen muutosnopeutta 0,5 MPa 84 -3 499 per sekunti. Saadut tulokset on esitetty taulukossa III:

Taulukko III

. 1

Kuivan laastin ominaisuudet arvioituna sylinterimäisen koekappaleen mittausten perusteella (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm)

Bauksiittl- Piikarbidilaasti laasti

Tiheys (kg/cm3) 2853 (6)x) 2640 (6)x) Äänennopeus m/s 6449 (6)*^ 6443 (6)*^

Dynaaminen kimmo- . .

moduuli MPa 118600 (6)*' 109600 (6)*'

Puristuslujuus ja sen keskihajonta (MPa) 248.0 SD 7,7 184,3 SD 5,9 (6)x (4) x = kokeiden lukumäärä

Kuorraitus/venymämittaukset suoritettiin kahdella koekappaleella kustakin sarjasta. Näytteitä kuormitettiin kuormalla, joka vastasi noin 60 % murtumiskuormituksesta ja sen jälkeen kuormitus lopetettiin, jonka jälkeen niitä kuormitettiin uudelleen murtumiseen asti määrittämättä kuormituksen ja venymän välistä suhdetta. Joitakin näytteistä kuormitettiin ja sen jälkeen vapautettiin kuormitus useita kertoja.

Kuormitus/venymäkuvaaja bauksiittilaastille oli käytännöllisesti katsoen suora viiva kautta koko mittausalueen (0-150 tai 160 MPa), jonka kaltevuus (sekantti) vastasi kimmomoduulia 84300 MPa. Toistuvasti kuormittamalla ja vapauttamalla kuorma huomattiin ainoastaan vähäistä hystereesiä.

Kuormitus/venymäkuvaajat laastille, jossa oli piikarbidia/ (mittausalue 0-100 MPa) taipuivat jonkin verran alkuperäisen kaltevuuden vastatessa kimmomoduulia 86000 MPa ja kimmorooduu-lia 100 MPa:n paineessa 72000 MPa. Toistuvalla 100/120/140/ 160 MPa:n kuormituksella piikarbidista valmistetussa koekappaleessa ilmeni merkittävää hystereesiä, mikä osoitti sisäisen rakenteen heikkenemisen.

85 ¢8459

Sellaisten laastien puristuslujuuteen, joissa oli bauksiit-tia, ei 150-160 MPa esikuormitus vaikuttanut merkittävästi, kun taas sellaisen laastin lujuus, jossa oli piikarbidia, oli huomattavasti alhaisempi näytteillä, joita oli aiemmin kuormitettu.

Puristuslujuuden arvot piikarbidilaastista valmistetuille esikuormitetuille koekappaleille eivät siksi ole mukana taulukon IV tuloksissa.

Tulosten tarkastelu

On huomattava, että laasti,jossa on bauksiittihiekkaa on erittäin lujaa ja jäykkää ja sen puristuslujuus on 248 MPa (maksimiarvo kahdelle koekappaleista oli 254,2 MPa vastaten yli 200 tonnin kuormaa). Murtuminen eteni suuressa määrin bauksiittihiekan läpi, osoittaen mahdollisuuden valmistaa vielä lujempaa laastia käyttämällä vielä lujempia hiekkamate-riaaleja.

Sellaisen laastin puristuslujuus, jossa laastissa on piikarbidia, oli huomattavasti alhaisempi (184,3 MPa) eikä ole paljoa korkeampi kuin vastaavalle kvartsihiekkaa sisältävälle laastille (160-179 MPa, katso kansainvälinen patenttihakemus n:o PCT/DK79/00047, esimerkki 9), mikä saattaa näyttää oudolta siihen nähden, että piikarbidi itsessään on hyvin kovaa ja lujaa. Syy on epäilemättä se, että laastiin, jossa on piikarbidia, käytetään huomattavasti enemmän vettä kuin laastiin, jossa on bauksiittia ja laastiin jossa on kvartsihiekkaa, johon on viitattu kansainvälisessä patenttihakemuksessa n:o PCT/DK79/00047. Tämän seurauksena on huomattavasti heikompi sidosaine. Vesi/jauhesuhde (kokonaisvesi suhteessa sementti + silikapaino-osaan) oli 0,149 bauksiitti-tai kvartsilaasteille ja 0,179 piikarbidilaastille. Murtuma eteni suuressa määrin piikarbidipartikkelien ulkopuolella. Tämä verrattuna taipuneeseen kuormitus/venymäkuvaajaan ja suureen hystereesiin, fnikä on tyypillistä hauraille materiaaleille, missä partikkelit ovat huomattavasti lujempia kuin matriisi) osoittaa mahdolli- 86 J3 499 suuden aikaansaada huomattavasti suurempi lujuus parantamalla matriisia. Tämä voidaan aikaansaada alentamalla vesi/jauhe-suhdetta esimerkiksi arvoon 0,13-0,15, mikä on mahdollista käyttämällä jonkin verran korkeampaa piikarbidihiekkaa ja/tai suurempaa määrää sementtiä ja silikaa.

Lisäksi valmistettiin 16 sylinteriä bauksiittilaastista, joilla sylintereillä on sama koostumus ja käyttäen samaa tekniikkaa kuin yllä sillä erolla, että bauksiitti oli aikaisemmasta panoksesta.

Tarkoituksena oli tutkia useita mekaanisia ominaisuuksia.

Aluksi määritettiin kaikille 16 kappaleelle tiheys, äänenno-peus ja dynaaminen kimmomoduuli. Vetolujuus määritettiin ohjeellisena kahdelle koekappaleelle.

Tulokset on esitetty alla.

Tiheys 2857 kg/m3 Äänennopeus 6153 m/s

Dynaaminen kimmomoduuli 108 200 MPa

Purlstuslujuus 261,1 MPa 268,1 MPa

Koetulosten tarkastelu

Tiheyden havaittiin olevan sama kuin yllä, kiwi taas äänenno-peus ja dynaaminen kimmomoduuli olivat jonkin verran alhaisempia. Syytä tähän ei tunneta,mutta sen uskotaan johtuvan virheistä määritettäessä äänipulssin kulkemaa aikaa (joko kokeessa sivulla 65 tai yllä olevassa kokeessa).

Lujuudet olivat hieman korkeampia kuin yllä. Korkein 268,1 MPa arvo vastaa 214,6 tonnin kuormaa ja 2732 kg/cm2 painetta.

Esimerkki 4

Korkealaatuinen bauksiittilaastl

Bauksiittilaasti valmistettiin samalla koostumuksella ja käyttäen samaa tekniikkaa kuin mitä on mainittu esimerkissä 3 poiketen kuitenkin seuraavasti: 87 ·; 8 49 9 1) bauksiitti oli suuremmasta erästä, 2) panoksen koko oli kaksi kertaa niin suuri kuin esimerkissä 3, ja 3) koekappaleiden annettiin seistä muutamasta päivästä puoleen vuoteen lämpökäsittelyn jälkeen (neljä päivää 80°C:een lämpötilassa) 20°C:ssa 70 %:n suhteellisessa kosteudessa.

Jokaisesta neljästä panoksesta valettiin neljä sylinteriä (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm).

Testaus Määritettiin tiheys, äänennopeus, dynaaminen kimmomoduuli ja kuormitus/venymäkuvaaja käyttämällä esimerkissä 3 kuvattua tekniikkaa.

Tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta IV.

Taulukko IV

Kuivatun bauksiittilaastin ominaisuudet sylinterimäisillä koekappaleilla suoritettujen mittausten perusteella (korkeus 20 cm, halkaisija 10 cm).

Tiheys kg/m3 2857 SD 8 (16) Äänennopeus m/s 6153 SD 36 (16)

Dynaaminen kimmomoduuli MPa 108156 SD 1426 (16)

Puristuslujuus MPa 268,3 SD 7,5 (14)

Kuormitus/venymäkuvaaja on esitetty kuvassa 14 yhdessä samanlaisen tavallista betonia kuvaavan kuvaajan kanssa, jota betonia on pidetty erittäin korkealaatuisena (puristuslujuus 72 MPa).

Nähdään, että bauksiitti-sementti-silikalaastin puristuslujuus (270 MPa) on noin neljä kertaa suurempi kuin perinteisen korkealaatuisen betonin ja kimmomoduuli (käyrän kaltevuus) noin kaksi kertaa niin suuri.

88 3 4 9 9

Yhden koekappaleen puristuslujuus oli 282,7 MPa ja tiheys 2861 kg/m^, mikä vastaa kuormitus/tiheys-suhdetta 98 812 p m/s . Sylinterin kuorma vastaa materiaalista valmistetun 10 076 metriä korkean prisman peruskuormaa.

(Vertauksen vuoksi voidaan mainita, että korkealaatuisen rakenneteräksen myötökuorma (400 MPa) vastaa 5200 metriä korkean prisman peruskuormaa.)

Kuvat:

Kuvat 1 ja 2 ovat suurennettuja läpileikkauskuvia, jotka esittävät useita DSP-systeemejä, jotka sisältävät tiiviisti pakkautuneita kappaleita, kuvat 6 ja 7 ovat suurennettuja läpileikkauskuvia, jotka esittävät sementtipartikkelien käyttäytymistä normaalissa betonissa, kuva 8 on edelleen suurennettu läpileikkauskuva, joka esittää sementtipartikkeleita DSP:ssä, kuva 9 on edelleen suurennettu läpileikkauskuva, joka esittää lujitekuitujen kiinnittymistä DSP-matriisiin, kuva 10 on läpileikkauskuva, joka esittää DSP-pastan sisäistä koossapysyvyyttä ja sen vastustuskykyä olla lähtemättä virtaavan veden mukaan, kuva li on läpileikkauskuva, joka esittää DSP:n käyttöä käytännössä muulla tavoin vaikeasti korjattavan virtaavan veden alla olevan betonirakenteen korjaukseen, kuva 12 on läpileikkauskuva, joka esittää DSP:n käyttöä käytännössä betoniseinän korjaukseen, jossa seinässä oli ainoastaan toisella puolella aukko korjausmateriaalin sisäänvie-miseksi, kuva 13 on läpileikkauskuva, joka esittää DSP:n hyvien virtausominaisuuksien hyväksikäyttöä valmistettaessa mutkaisiin putkiin sisäpuolista DSP-pinnoitetta, 89 ο 3 4 S 9 kuvassa 14 on esitetty kuormitus-venymädiagrammi tavalliselle betonille, jolla on suuri lujuus ja vastaavasti DSP:tä sisältävälle tulenkestävälle bauksiitille, kuvat 15-17 ovat läpileikkauskuvia, jotka esittävät kuivaavaa puristusta, kuva 18 on perspektiivikuva, joka esittää paneelin muotoisen kappaleen valmistusta, mikä kappale mahdollisesti edelleen tullaan muovaamaan, kuvat 19 ja 20 ovat perspektiivikuvia, jotka esittävät levymäisistä kappaleista olevan putkiprofiilin muovausta, kuva 21 on perspektiivikuva, joka esittää ruiskuvalun käyttöä DSPrllä kapseloitujen sähkökomponenttien valmistuksessa, kuvat 22 ja 23 ovat läpileikkauskuvia, jotka esittävät DSP:n käyttöä plastisen materiaalin tavoin puristusvalussa, kuva 24 on perspektiivikuva, joka esittää paneelin muotoisten lujitettujen tuotteiden valmistusta, esimerkiksi seinä- tai kattoelementtien, asettamalla päällekkäin valssattuja DSP-paneeleita, kuva 25 on perspektiivikuva, joka esittää voileipäelementin valmistusta kahdesta kuitulujitteisesta materiaalista valssatusta levystä, missä eri kerroksissa olevat kuidut ovat vas-takkaisuuntaisesti, kuva 26 on perspektiivikuva, joka esittää paneelin muotoisen V- kappaleen valmistuksen periaatetta kahdesta paneelista, joi den väliin on asetettu saniteettiasennuksia tai vastaavia, i kuva 27 on perspektiivikuva, joka esittää alempaa elementtiä samanlaisesta elementistä kuin kuvassa 26, mutta johon on liitetty putkisto lattialämmitystä tai sähköasennusta varten, kuva 28 on perspektiivikuva, joka esittää DSP-levystä valmistettujen laattojen, tiilien tai vastaavien massatuotantoa.

Viitteet on merkitty piirustuksiin, missä samat numerot yleisesti merkitsevät samoja osia.

Kuvassa 1, mikä esittää tyypillistä DSP-matriisirakennetta 10, 12 merkitsevät oleellisesti tiiviisti pakkautuneita partikkeleita B, esimerkiksi Portland-sementtipartikkeleita, ja 14 90 :, 3 499 merkitsee kokeellisesti järjestäytyneitä ja edullisesti tiiviisti pakkautuneita partikkeleita A, jotka ovat silika-jauhepartikkeleita, jotka ovat homogeenisesti dispergoitu-neet veteen betonin tehonotkistimen avulla, tai koossa-pysyvää tasalaatuista rakennetta, joka on muodostunut sellaisista partikkeleista ja kiinteästä partikkelien välisestä aineesta, joka on muodostunut kemiallisella reaktiolla sementtipartikkeleista lähtöisin olevien liuenneiden aineiden välillä. Kuvassa 1 esitetty systeemi on tyypillisesti aikaansaatu hellävaraisin mekaanisin keinoin, esimerkiksi leikkauksella tai vibraatiolla tai yksinkertaisesti painovoiman vaikutuksen alaisena.

Kuvassa 2 partikkelit B (12) käsittävät suurempia partikkeleita ja pienempiä partikkeleita, joiden välissä on aukkoja. Kuvan 2 systeemi on tyypillisesti aikaansaatu käyttäen samoja keinoja kuin mitä on kuvattu kuvan 1 yhteydessä.

Kuitenkin kuvissa 1 ja 2 14 saattaa tarkoittaa myös erittäin hienoja partikkeleita, jotka ovat homogeenisesti järjestäytyneet pinta-aktiivisen aineen avulla keksinnön mukaisen nestemäisen DSP-systeemin valmistusprosessin yhteydessä, mutta joita nyt ympäröi partikkelien välinen aine, joka ei ole sama kuin se neste, jonka avulla partikkelit on järjestetty ja joka on tuotu vaihtamalla alkuperäinen neste suotauttamalla.

Kuvassa 6 Portland-sementtipartikkelit 16 muodostavat avoimen höyteisen rakenteen nestefaasissa pinta-aktiivisen aineen läsnäollessa.

Kuva 7 esittää, miten sellaisessa systeemissä sementtipartikkelit pyrkivät sedimentoitumaan kun flokkuloitumispyrki-mys poistetaan tehonotkistimen avulla.

9i 38 499

Kuva Θ esittää, edelleen suurennettuna, DSP-pastasysteemiä, esimerkiksi sementti/erittäin hieno silika -systeemiä, jossa on tehonotkistinta, jossa sementtipartikkelien 12 väliset aukot on täytetty erittäin hienoilla silikapartikke-leilla 18, jotka ovat oleellisesti tiiviisti pakkautuneet suspensiossa. 20 tarkoittaa partikkelien välistä ainetta, tässä tapauksessa tehonotkistinliuosta. Sellaisessa systeemissä pyrkimys partikkelien sedimentoitumiseen minimoituu johtuen erittäin hienoja partikkeleita ympäröivästä erittäin hitaasta vesivirrasta klassisen hydrodynamiikan mukaisesti .

Kuvassa 9 on esitetty hieno lujitekuitu 22 kiinnittyneenä DSP-matriisiin 10, esimerkiksi sementtipohjaiseen DSP-mat-riisiin. Käyttämällä tällaista sementtipohjaista DSP-mat-riisia tavallisen sementtipastan sijasta, lujitteen mekaaninen kiinnittyminen lisääntyy vielä enemmän kuin lujuus, lisäyksen ollessa yksi tai useampi kertaluokka. Tämän takia kuidun "karkeutta" tai "aaltomuotoa", jotka ovat välttämättömiä kuidun "mekaanisen kiinnittymisen" aikaansaamiseksi matriisiin, on pienennetty yhden tai kahden kertaluokan verran, mikä tarkoittaa myös sitä, että DSP-mat-riisissa on mahdollista aikaansaada sellaisten kuitujen mekaaninen kiinnittyminen, jotka ovat yksi tai kaksi kertaluokkaa pienempiä kuin pienimmät kuidut, joita voidaan mekaanisesti kiinnittää tavalliseen sementtipastaan.

Kuva 10 esittää tuoreen nestemäisen pastan yllättävää sisäistä koherenssia plastiseksi sementtipohjaksi DSP-laastiksi 24, joka on pantu kantavalle lasilevylle 26 täryn vaikutuksen alaiseksi (50 Hz - 10 s) ja sitten pidetty virtaavan 92 8 3 499 vesijohtoveden alla (virtausnopeus noin 4 litraa minuutissa). Tässä demonstraatiossa laastia pidetään tyypillisesti vir-taavan veden alla 2-30 minuuttia, ilman että näkyvää komponenttien uloshuuhtomista tapahtuisi. Laasti valmistettiin kansainvälisen patenttihakemuksen n:o PCT/DK79/00047 esimerkissä 9 esitetyllä tavalla.

Kuva 11 esittää siltakonstruktion 28 korjausta virtaavassa vedessä 30 joessa vedenalaisella injektoinnilla. Tavallisesta betonista 36 valmistetun perusrakenteen 34 ja perustuksen 38 välissä eroosio-ontelot 40 ovat paljastaneet puiset paalut 32 aiheuttaen vaaran paalujen vakavaksi vahingoittumiseksi. Helposti virtaava sementtipohjäinen DSP-pasta 24 pumpattiin yhden poratun reiän 42 läpi onteloon 40. Johtuen DSP:n suuresta tiheydestä se korvasi veden ontelossa 40 ja nousi jäljellä oleviin reikiin 42 täyttäen täydellisesti ontelon ja reiät ja muodostaen uuden katteen myös perustuksen yläosaan. Koko valu suoritettiin veden alla joen virratessa tuoreen DSP-betonin yli» jolla betonilla kuitenkin oli sellainen suuri sisäinen koherenssi, että huuhtoutumista ei oleellisesti tapahtunut.

Kuvassa 12 esitetään seinäelementin 44 korjaus vedenalaisessa tunnelissa merenlahdessa. Helposti virtaavalla DSP-materiaalilla 24 täytettiin korjattava ontelo. Ontelolla oli monimutkainen muoto ja se oli vahvasti lujitettu teräsvah-vistein 46. DSP-materiaali tuotiin sisään toiselta puolelta letkun 50 läpi ja se nousi toiselle puolelle betoniseinään 36 ja täytti betoniseinän ja raamin 48 välissä olevan ontelon.

Kuvassa 13 esitetään hyvin kulutusta kestävän sisämuurauksen valamista teräsputken 52 sisäpuolelle, jota putkea käytetään jauheen (hiilen) kuljetukseen. Muoviputki 54 täytettiin hiekalla 56 ja asetettiin putken sisään ja pidettiin paikallaan tukien 58 avulla. Teräskuitulujitteinen DSP-materiaali 24, joka perustui Portland-sementtiin ja tulenkestävään bauksiit-tiin, kaadettiin putkeen 52 heikon ulkopuolisen täryn alaisena^ 93 8 8 499 ja. materiaalilla täytettiin teräsputken 52 ja sen sisällä olevan muoviputken 54 välinen tila. DSP-materiaalin kuivumisen jälkeen hiekka poistettiin ja muoviputki vedettiin ulos.

Kuva 14 on kuormitus-venymäkäyrästö, joka rekisteröitiin pu-ristuskokeen avulla. Koe tehtiin 10 cm:n halkaisijan omaavil-le ja 20 era korkeille sylintereille, jotka oli valmistettu korkealuokkaisesta betonista ja vastaavasti DSP-laastista, joka sisälsi aina 4 mm:n tulenkestävää bauksiittia. DSP-

TM

materiaali oli DENSIT-S ja peräisin Aalborg Portland'lta, Aalborgista, Tanskasta.

Mitatut puristuslujuudet olivat vastaavasti 72 ja 270 MPa.

Kuvat 15, 16 ja 17 esittävät DSP-betonin tai laastin tiivistystä astiasta 62, josta mäntää laskettaessa ylimäärä juoksevaa pastaa 68 puristuu ulos massasta ja virtaa täyteainek-sen 64 ohi männän 66 ja astian seinän 62 välisen aukon kautta. Tällöin (kuva 16) täyteainerunko puristuu. Puristuksen jälkeen pastaylimäärä poistetaan (edelleen kuormittamalla männällä) . Tämän jälkeen mäntä poistetaan ja täyteainesrunko laajenee hieman (elastinen puristuskiramoisuus) vetäen pastaa 68 kevyesti aukkoihin (imu) jolloin sisäänpäin kääntyneet pasta/kaasu rajapinnat muodostuvat, mikä pintavoimista johtuen stabiloi tiivistyneen kuivuneen materiaalin.

Kuva 18 esittää plastisen DSP-materiaalin 68 valssausta elastisesta materiaalista tehdyllä valssiparilla 70, jossa on välielin 72 liitettynä telojen väliin muodostamaan DSP-mate-riaalista puolivalmiin levyn tai arkin, mitä voidaan edelleen muovata.

Kuvat 19 ja 20 esittävät sellaisen puolivalmiin levyn tai arkin 74 muovaamista puristusmuotin puoliskojen 76 välissä * (jotka itse voidaan tehdä DSP-materiaalista) putkiprofiilik-si 80.

94 a 3 49 9

Kuva 21 esittää DSP-materiaalin ruiskuvalua. Suulakepuristimen suulakkeesta 82 ruiskuvalettu nauha 84/ joka on DSP-materiaalia, kulkee tukien 86 ohi/ joissa tuissa yhdistetään sähkökomponentit 88, esimerkiksi vastuskomponentit V-muotoi-seen ruiskuvalettuun nauhaan. Nauha leikataan leikkurin avulla 90, ja saadut osat 92 puristetaan sen jälkeen puris-tusmuovissa 76 kapseloiduiksi komponenteiksi 94.

Kuva 22 esittää DSP-materiaalin 68 puristusmuovausta ylemmän ja alemman muottiosan 96 ja 98 välissä, ja kuvio 23 esittää suuren keittiön päytö/pesuallaselementin muovausta DSP-mate-riaalista 68 suuressa muotissa 100, 102.

Kuva 24 esittää lujitetun DSP-paneelielimen valmistusta tiivistämällä tuoreita sementtipohjäisistä DSPrstä valmistettuja levyjä 110 ja 112 teräslujitteisen ristikon 108 kummallakin puolella puristimessa 104, 106.

Kuva 25 esittää kuitulujitteisesta DSP-materiaalista valmistetun voileipäelenentin valmistusta, jossa kuidut suuntautuvat ylemmässä komponentissa 110 vastakkaisesti alemman komponentin 112 kuituihin nähden.

Kuvat 26 ja 27 esittävät saniteettiputkien 114 tai lämpöput-kien 116 liittämistä DSP-rakenne-elementtiin.

Kuvassa 28 tuore sementtipohjaisesta DSP-materiaalista valmistettu levy leikataan tiiliksi tai laatoiksi 120 verkkomaisen leikkurin avulla.

Keksinnön kohteet on määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa .

Claims (18)

95 c-8499

1. Menetelmä muotokappaleen valmistamiseksi, jossa menetelmässä yhdistetään A) epäorgaanisia kiinteitä piidioksidipölyhiukkasia, joiden koko on noin 50 Ä - 0,5 μχα, ja B) kiinteitä hiukkasia, joiden koko on suuruusluokkaa 0,5 - 100 μχα ja jotka ovat ainakin yhtä kertaluokkaa suurempia kuin kohdassa A) mainitut hiukkaset, jolloin hiukkasten A määrä on 10 - 30 tilavuusprosenttia laskettuna hiukkasten A + B tilavuudesta, vettä, ja betonintehonotkistinta, ja sekoitetaan mekaanisesti partikkelit A, vesi ja betonin-tehonotkistin yhdessä partikkelien B kanssa ja partikkelien C kanssa, jotka ovat muodoltaan kompakteja partikkeleita, joiden koko on 100 μια - 0,1 m, ja mahdollisesti inerttisten täyte- tai lujitekappaleiden D kanssa komponenttien halutun jakautumisen aikaansaamiseksi, ja lopuksi valetaan syntyvä massa halutun muotoiseksi jännitysalueella, lisäämällä mahdollisesti valun aikana partikkeleita C ja/tai kappaleita D, tunnettu siitä, että partikkelit B käsittävät vähintään 20 painoprosenttia Portland-sementtipartikkeleita, että partikkelien B määrä pääasiassa vastaa niiden tiivistä pakkaantumista yhdistelmämateriaalissa, jossa on homogeenisesti jakautuneita partikkeleita A partikkelien B välisessä tilassa, että veden määrä vastaa pääasiassa sitä määrää, joka tarvitaan täyttämään partikkelien A ja B välinen tila vastaten painosuhdetta veden ja partikkeleiden A + B välillä, joka on 0,12 - 0,30, että tehonotkistimen määrä on riittävä antamaan yhdistelmämateriaalille juoksevasta plastiseen konsistenssin alhaisen jännityksen alueella, joka on alle 5 kg/cm2, joka määrä vastaa 1-4 painoprosenttia tehonotkistimen kuiva-ainetta laskettuna partikkeleiden A + B painosta, että partikkelit A, B ja C ja mahdollisesti lisäkappaleet D käsittävän yhdistelmän mekaanista sekoittamista jatketaan, kunnes saadaan aikaan paksujuoksuisesta plastiseen massa käsittäen partikkelit A, B ja C ja mahdollisesti lisäkappaleet D, jossa partikkelit A ovat homogeenisesti jakautuneita tiiviisti pakkaantuneiden partikkelien B väliin, ja että partikkelit C 96 ιλ 8 49 9 ovat materiaalipartikkeleita, jonka materiaalin lujuus ylittää tavanomaisessa betonissa käytetyn tavanomaisen hiekan ja kiven lujuuden, tyypillisesti lujuus, joka vastaa ainakin yhtä seuraavista kriteerioista: 1. männänpaine, joka on yli 30 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,70, yli 50 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,75 ja yli 90 MPa pakkaantumisasteen ollessa 0,80, määritettynä selityksessä esitetyllä menetelmällä (materiaalipartikke-leilla, joiden suurimpien ja pienimpien hiukkasten suuruus-suhde pääasiassa ei ylitä 4),

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että partikkelit C ovat lujia luonnonmineraaleja, lujia tekomineraaleja tai lujia metalleja tai lejeerinkejä sisältäviä aineita.

2. Mohs-kovuus (tarkoittaen hiukkaset muodostavaa mineraalia) yli 7, ja

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että partikkelit C muodostuvat yhdestä tai useammasta seuraavasta komponentista: topaasi, lawsoniitti, timantti, korundi, fenasiitti, spinelli, berylli, krysoberylli, turma-liini, graniitti, andalusiitti, stauroliitti, zirkoni, boo-rikarbidi, volframikarbidi.

3. Knoop-tunkeumakovuus (tarkoittaen hiukkaset muodostavaa mineraalia) yli 800, jolloin saadaan muotokappale, joka sisältää edellä esitettyjä kompaktimuotoisia hiukkasia C, jonka kappaleen puristus-lujuus on suurempi kuin 150 MPa, mitattuna testikappaleelle, jonka halkaisija on 10 cm ja korkeus 20 cm, silloin kun suurimmat kompaktimuotöiset kappaleet ovat suurempia kuin 4 mm, ja suurempi kuin 180 MPa, mitattuna testikappaleelle, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus 6 cm, silloin kun suurimmat kompaktimuotöiset kappaleet ovat enintään 4 mm.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että partikkelit C ovat tulenkestävää bauksiittia. 97 i 3 4 S 9

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että partikkeleita C on läsnä tilavuutena, joka on noin 10 - 90 tilavuusprosenttia hiukkasten A, B ja C kokona i s t i1avuudes ta.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että betonintehonotkistin on korkeasti kondensoituneen naftaleenisulfonihappo/formaldehydikondensaatin alkali- tai maa-alkalimetallisuola, joka kondensaatti tyypillisesti muodostuu enemmän kuin 70-prosenttisesti molekyyleistä, jotka sisältävät 7 tai useampia naftaleenirenkaita.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkali- tai maa-alkalimetallisuola on natrium- tai kalsiumsuola.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden ja Portland-sementin ja mahdollisten muiden partikkelien B sekä piidioksidipölyn painosuhde on enintään 0,20.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan muodon aikaansaava jännitysalue johtuu pääasiassa massaan vaikuttavista painovoimista, tai massaan vaikuttavista hitausvoimista, tai kosketusvoimista, tai kahden tai useamman edellä mainitun voiman samanaikaisesta vaikutuksesta.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan muodon pääasiassa aikaansaava jännitysalue johtuu värähtelyvoimista, joiden taajuus on 0,1 - 106 Hz, värähtelyvoimien ollessa vaatimuksessa 9 mainittua tyyppiä, tai tällaisten värähtelyvoimien yhteisvaikutuksesta vaatimuksessa 9 mainittujen ei-värähtelevien voimien kanssa.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotokappale tai sen osa muodostetaan suulakepuris- 98 ft 8 49 9 tuksella tai valssauksella enintään 100 kg/cm2 olevalla muo-vauspaineella.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotokappale tai sen osa muodostetaan suihkuttamalla, sivelemällä tai harjaamalla, ruiskuttamalla tai päällystämällä massakerros pinnalle ja saattamalla massa mukautumaan pinnan muotoon.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotokappale tai sen osa muodostetaan keskipakois-valulla.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaa kaadetaan koossa pysyvänä massana nesteeseen, jossa se syrjäyttää osan nestettä ja asettuu koossa pysyväksi massaksi.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste on vesi ja massa on tahna, laasti tai betoni vedenalaisen rakenteen rakentamiseksi.

16. Jonkin patenttivaatimuksista 1-15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että partikkelit A ovat piidioksidipölypar-tikkeleita, joiden ominaispinta-ala on noin 50 000 - 2 000 000 cm2/g, ja että partikkelit B käsittävät vähintään 50 painoprosenttia Portland-sementtiä.

17. Jonkin patenttivaatimuksista 1-16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tehonotkistimen kuiva-aineen määrä on 2-4 painoprosenttia laskettuna partikkeleiden A + B painosta.

18. Muotokappale, tunnettu siitä, että se on valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1-17 mukaisella menetelmällä. 99 8 8 459